CN113124836B - 成像系统及其设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像系统及其设置方法，包括：镜头和图像检测元件，所述的图像检测元件设置于场曲直线处或直线拟合线处；所述的场曲直线为处于检测视场角范围内的二个距离镜头不同距离的检测点成像于对应场曲成像曲面上的成像点连线；所述的直线拟合线为处于检测视场角范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应场曲成像曲面上的成像点经直线拟合得到的直线；检测视场角的其中一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度。该系统能保证最低检测分辨率、缩小位于检测视场角范围内的近端与远端处的物成像于图像检测元件的分辨率差别，降低成本。

Description

成像系统及其设置方法

技术领域

本发明涉及光学领域，特别涉及一种成像系统及其设置方法。

背景技术

镜头成像系统中，由于镜头1存在场曲，因而成像面不可避免会存在场曲，即所成的像一般是在一个向上凸起的曲面上：如图1和图2所示，物平面Q1上的物成像有场曲的成像面为场曲成像曲面q1’，物平面Q2上的物成像有场曲的成像面为场曲成像曲面q2’，物平面Q3上的物成像有场曲的成像面为场曲成像曲面q3’。在平行成像状态，有场曲存在时，图像检测元件位置的选择应照顾场曲成像曲面上的各处，因而图像检测元件位置选择穿越场曲成像曲面的折中位置，设计为成像平面垂直于主光轴形式，成像平面上成像质量的分布是中心对称的，具体为：物平面Q1对应的图像检测元件位置选择q1成像平面，物平面Q1上的成像点A1点成像于成像平面q1上的理论成像点为a1点；物平面Q2对应的图像检测元件位置选择q2成像平面，物平面Q2上的成像点A2点成像于成像平面q2上的理论成像点为a2点；物平面Q3对应的图像检测元件位置选择q3成像平面，物平面Q1上的成像点A1点成像于成像平面q1上的理论成像点为a1点。

在倾斜成像状态，图像检测元件3位置选择一般也是沿用上述方法。基于三角测量原理的位移传感器、结构光传感器等视觉传感器，多数沿用普通成像镜头，以上述原则确定图像检测元件3位置，把被主动光源照亮的物平面上的点成像于图像检测元件3上。图3和图4中增加了一个激光照明光源2，构成三角测量原理，实际上是否增加激光照明光源2，对倾斜设置的物面A1-A3成像并没有影响。如图3和图4所示，为了充分利用镜头视场角γ，通常把目标检测范围H分配在镜头视场的中央，那么检测范围H的两个端点A1、A3均处于镜头视场角γ的边缘线上，两侧各占镜头视场角的一半。端点A1上的激光斑或激光光纹的成像点选择成像于q1成像平面上的a1点，端点A3上的激光斑或激光光纹的成像点选择成像于q3成像平面上的a3点，图像检测元件3位置设置于斜线a1-a3处。

在倾斜成像过程中，由于存在检测近处的物成像于图像检测元件3的分辨率高、检测远处的物成像于图像检测元件3的分辨率低的问题，为保证最低检测分辨率，缩小位于检测视场角检测范围内的近端与远端处的物成像于图像检测元件3的分辨率差别，目前通常采用如下二种方法：

第一种方法是进一步做精镜头、从而尽可能降低场曲弯曲程度，但该方法成本昂贵且目前的技术难以达到消除场曲的水平；第二种方法是将图像检测元件3加大，镜头1与图像检测元件3之间的距离就要增大，那么镜头1的焦距就有增大，一般为了保证成像亮度而增加通过的光通量，镜头1尺寸也需要相应增大，这势必会增大总体体积，增加成本。

发明内容

本发明所需解决的技术问题是：提供一种用于倾斜成像状态的成像系统及其设置方法，该系统能保证最低检测分辨率、缩小位于检测视场角检测范围内的近端与远端处的物成像于图像检测元件的分辨率差别，降低成本。

为解决上述问题，本发明所述的成像系统，包括：镜头和图像检测元件，所述的图像检测元件设置于场曲直线处、或直线拟合线处、或平面拟合面处；

所述的场曲直线为在子午面内处于检测视场角范围内的二个距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点连线；

所述的直线拟合线为在子午面内处于检测视场角范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点经直线拟合得到的直线；

所述的平面拟合面为处于检测视场角范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点，包括子午面内的子午像点与弧矢面内的弧矢像点，经平面拟合而得到的平面；

检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度。

进一步地，前述的成像系统，其中，检测视场角角度不超过1/2的镜头视场角角度时，所述的图像检测元件设置于场曲直线处；检测视场角角度超过1/2的镜头视场角角度时，所述的图像检测元件设置于直线拟合线处或平面拟合面处。

进一步地，前述的成像系统，其中，所述的镜头由单镜片构成。

进一步地，前述的成像系统，其中，所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴偏离镜头主光轴，并且偏离的镜片的主光轴与镜头主光轴平行。

进一步地，前述的成像系统，其中，所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。

进一步地，前述的成像系统，其中，各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。

基于上述成像系统的第一种设置方法为：所述的图像检测元件按如下方法设置：检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过1/2的镜头视场角角度；检测范围内任选二个距离镜头不同距离的检测点，二个检测点在对应场曲成像曲面上的成像点连线构成斜场曲直线，图像检测元件设置于该斜场曲直线处。

基于上述成像系统的第二种设置方法为：所述的图像检测元件按如下方法设置：检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度；检测范围内选取至少三个距离镜头不同距离的检测点，各检测点在对应场曲成像曲面上的成像点经直线拟合得到斜直线拟合线，图像检测元件设置于该斜直线拟合线处。

基于上述成像系统的第三种设置方法为：所述的图像检测元件按如下方式设置：检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度；检测范围内选取至少三个距离镜头不同距离的检测点，各检测点在对应场曲成像曲面上的成像点，包括子午面内的子午像点与弧矢面内的弧矢像点，经平面拟合得到的斜平面拟合面，图像检测元件设置于该斜平面拟合面处。

进一步地，前述的三种成像系统的设置方法，其中，所述的镜头由单镜片构成。

进一步地，前述的三种成像系统的设置方法，其中，所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴偏离镜头主光轴，并且偏离的镜片的主光轴与镜头主光轴平行。

进一步地，前述的三种成像系统的设置方法，其中，所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。

进一步地，前述的三种成像系统的设置方法，其中，各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。

本发明的有益效果是：在倾斜成像状态，把通常认为对成像质量有害的场曲现象转化为有利因素，利用光学系统中存在场曲的现象选择图像检测元件位置，易于保证最低检测分辨率，减小图像检测元件与物面之间的夹角、缩小检测范围内近端与远端处的物成像于图像检测元件的分辨率差别，降低成本；此外适当增加场曲还能进一步缩小检测范围内近端与远端处的物成像于图像检测元件的分辨率差别。

附图说明

图1是平行成像状态下的常规单镜片成像系统的光路成像示意图。

图2是图1局部的放大图。

图3是倾斜成像状态下的常规单镜片成像系统的光路成像示意图。

图4是图3局部的放大图。

图5是采用本发明所述的成像系统的第一种实施方式的光路成像示意图。

图6是图5局部的放大图。

图7是采用本发明所述的成像系统的第二种实施方式的光路成像示意图。

图8是图7局部的放大图。

图9是采用本发明所述的成像系统的第三种实施方式的光路成像示意图。

图10是图9局部的放大图。

图11是多镜片成像系统中其中一片镜片的主光轴相对镜头主光轴平行偏移的光路成像示意图。

图12是多镜片成像系统中其中一片镜片的主光轴相对镜头主光轴平行偏移的另一种光路成像示意图。

图13是多镜片成像系统中其中一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角的光路成像示意图。

图14是多镜片成像系统中其中一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角的另一种光路成像示意图。

图15是弧矢面上的像点与物点（检测点）对应关系图。

具体实施方式

在成像系统中，镜头视场角为γ，镜头视场角γ的两条边缘线相对于镜头主光轴10呈对称分布。本发明所述的成像系统用于倾斜成像状态，该成像系统包括：镜头1和图像检测元件3，所述的图像检测元件3设置于场曲直线处、或直线拟合线处、或平面拟合面处。

所述的场曲直线为处于检测视场角β范围内的二个距离镜头1不同距离的检测点成像于对应场曲成像曲面上的成像点连线。

所述的直线拟合线为处于检测视场角β范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应场曲成像曲面上的成像点经直线拟合得到的直线。

所述的平面拟合面为处于检测视场角范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点，包括子午面内的子午像点与弧矢面内的弧矢像点，经平面拟合而得到的平面。

检测视场角β的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角γ的其中对应于近端物点的一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度（β≤3/4γ）。

在光学领域，倾斜成像状态，通常把场曲认为是对成像质量有害的因素，在提高成像分辨率的道路上，一致的做法都是尽量修正场曲，降低场曲弯度，使场曲成像曲面尽量向直线方向修正靠近。目前的技术难以达到将场曲较好地修正为平面的水平。而尽量修正场曲需要将图像检测元件3加大，镜头1与图像检测元件3之间的距离就要增大，那么镜头1的焦距就有增大，一般为了保证成像亮度而增加通过的光通量，镜头1尺寸也需要相应增大，这势必会增大总体体积，增加成本。而本发明所述方案反其道而行，把通常认为对成像质量有害的场曲现象转化为有利因素，利用光学系统中存在场曲的现象选择图像检测元件3位置，可以减小图像检测元件3与检测范围内的物面4之间的夹角，缩小检测范围内近端与远端处的物成像于图像检测元件3的分辨率差别，降低成本。此外适当增加场曲还能进一步缩小检测范围内近端与远端处的物成像于图像检测元件3的分辨率差别。对于成像系统的设计、制造来说，放弃消除场曲的要求，本身就具有降低成本、减小体积等优势。

下面结合优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例以在视觉传感器单镜片成像系统中、舍弃镜头1的主光轴某一侧的全部视场的设置方式为例进行说明，此时该镜片即为成像系统的镜头1，位于检测范围内的倾斜设置的物面A1-A3的二个端点与镜头中心形成的检测视场角β等于二分之一的镜头视场角γ（β=1/2γ）。

如图5和图6所示，将目标检测范围H（物面A1-A3）分配于镜头主光轴10保留侧的全部视场中，物面A1-A3的近端点A3位于镜头视场角左边的边缘线上，物面A1-A3的远端点A1位于镜头主光轴10上。本实施例仅利用了镜头视场的一半，那么选择图像检测元件位置时就不需要照顾另一半被舍弃的镜头视场，将图像检测元件3上检测不同高度的位置，置于对应高度的场曲成像曲面与来自检测点的主光线相交之处：

近端点A3上的激光斑或激光光纹的成像点选择成像于场曲成像曲面q3’上的场曲成像点a3’，远端点A1上的激光斑或激光光纹的成像点选择成像于场曲成像曲面q1’上的场曲成像点a1’，图像检测元件3的放置位置选择在斜直线a1’-a3’处。

在倾斜成像状态，常规图像检测元件3位置选择如图3和图4所示，物面上的检测点A1、A2、A3的成像点选择对应高度的成像平面q1、q2、q3上的成像点a1、a2、a3，斜线a1-a3所处位置选择为图像检测元件3的放置位置。而本实施例所述的成像系统及其设置方法，如图5和图6所示，物面上的远端点A1的成像点选择对应高度的场曲成像曲线q1’上的场曲成像点a1’，物面上的近端点A3的成像点选择对应高度的场曲成像曲线q3’上的场曲成像点a3’，图像检测元件3的放置位置选择在斜直线a1-a3’处。

图5中场曲成像点a1’的高度相比图3中理论成像点a1的高度要高，图5中场曲成像点a3’的高度相比图3中理论成像点a3的高度要低，因而图5中图像检测元件3与物面4的夹角α2要小于图3中图像检测元件3与物面4的夹角α1（α2﹤α1）。相对于被检测物面而言，理想的状态是如图1所示，物平面Q1对应的图像检测元件选择q1成像平面，物平面Q2对应的图像检测元件选择q2成像平面，物平面Q3对应的图像检测元件选择q3成像平面，此时各物面与对应图像检测元件平行，同一物面上各区域成像于图像检测元件上的成像区域的检测分辨率相同、无差别。图5中图像检测元件3与物面4的夹角α2要小于图3中图像检测元件3与物面4的夹角α1，因而设置成本实施例所述形式（参见图5和图6所示）对物面4采集图像，在其他参数（例如检测范围H、侧偏量D）基本相同的条件下，远端的端点A1和近端的端点A3在图像检测元件3上的成像分辨率相比图3形式对物面采集图像，采用本实施例所述形式，远端的端点A1和近端的端点A3两者的分辨率差别缩小了，达到优化倾斜成像分辨率的目的。

实施例二

本实施例以在视觉传感器单镜片成像系统中、舍弃超过二分之一视场设置方式为例进行说明，此时该镜片即为成像系统的镜头1，位于检测范围内的倾斜设置的物面A1-A3的二个端点与镜头中心形成的检测视场角β小于二分之一的镜头视场角γ（β﹤1/2γ）。

如图7和图8所示，将目标检测范围H（物面A1-A3）分配于镜头主光轴10保留侧的全部视场之内，物面A1-A3的近端点A3位于镜头视场角左边的边缘线上，物面A1-A3的远端点A1位于保留的检测视场角的右边缘线上。近端点A3上的激光斑或激光光纹的成像点选择成像于场曲成像曲面q3’上的场曲成像点a3’，远端点A1上的激光斑或激光光纹的成像点选择成像于场曲成像曲面q1’上的场曲成像点a1’，图像检测元件3的放置位置选择斜直线a1’-a3’处。

图7中场曲成像点a1’的高度相比图3中理论成像点a1的高度要高，图7中场曲成像点a3’的高度相比图3中理论成像点a3的高度要低，因而图7中图像检测元件3与物面4的夹角α3要小于图3中图像检测元件3与物面4的夹角α1（α3﹤α1）。因而设置成本实施例所述形式对物面4采集图像，在其他参数（例如检测范围H、侧偏量D）基本相同的条件下，远端的端点A1和近端的端点A3在图像检测元件3上的成像分辨率相比图3形式对物面采集图像，采用本实施例所述形式，远端的端点A1和近端的端点A3两者的分辨率差别缩小了，也达到了优化倾斜成像分辨率的目的。

实施例三

本实施例以在视觉传感器单镜片成像系统中、舍弃小于二分之一视场设置方式为例进行说明，此时该镜片即为成像系统的镜头，位于检测范围内的倾斜设置的物面A1-A3的二个端点与镜头中心形成的检测视场角β的范围为：1/2γ﹤β≤3/4γ。如图9和图10所示，物面4上不同距离处的各检测点所发出光束中的主光线与对应距离的场曲成像曲面的成像情况如下所示：物面4上的检测点A1点在对应的场曲成像曲面q1’上的成像点为场曲成像点a1’，物面4上的检测点A2点在对应的场曲成像曲面q2’上的成像点为场曲成像点a2’，物面4上的检测点A3点在对应的场曲成像曲面q3’上的成像点为场曲成像点a3’。a1’、 a2’、a3’为理想的场曲成像点。这些理想场曲成像点一般不会完美地位于一条直线（虚线a1’- a3’）上，而是位于曲线C上。而图像检测元件一般是一个平面，即图像检测元件在图中应为一条直线。为了在图像检测元件上得到最优的成像质量，本实施例根据理想场曲成像点a1’、a2’、a3’形成的曲线，当然，为了更准确地得到曲线C的特点，还可以根据上述方法得到更多的曲线C上的点，可以根据这些C上的点，优化出一条直线F，直线F位于曲线的折中位置，将图像检测元件3设置于直线F上。此时物面4上的检测点A1点在直线F上的成像点为b1点，物面4上的检测点A2点在直线F上的成像点为b2点，物面4上的检测点A3点在直线F上的成像点为b3点。

其实图像检测元件3设置在拟合直线处，或者设置在场曲直线处，这两种选择都是建立在舍弃一部分视场角的基础上的，但是也都并不会严格受视场角具体值的限制。拟合直线法更复杂、照顾各处成像质量均衡性更全面，适用于精密设计；场曲直线法更简便，适用于简单设计。

图10中图像检测元件3与物面4的夹角要小于图3中图像检测元件3与物面4的夹角α1，因而设置成本实施例所述形式（参见图9和图10所示）对物面4采集图像，在其他参数（例如检测范围H、侧偏量D）基本相同的条件下，远端的端点A1和近端的端点A3在图像检测元件3上的成像分辨率相比图3形式对物面采集图像，采用本实施例所述形式，远端的端点A1和近端的端点A3两者的分辨率差别缩小了，同样达到优化倾斜成像分辨率的目的。

实施例四

前文的讨论，是把倾斜物平面的成像问题简化在镜头的子午面内而进行的，是最重要的，一般情况下就可以较好地解决问题了。但是，实施例三中倾斜的物平面所形成的真实的像曲面，不能完美地用贯穿地扫过曲线C（以曲线C为准线）、且垂直于子午面（亦即图10所在的纸平面）的柱面代表，而是一个空间曲面，会在离开子午面的空间上偏离那个以曲线C为准线的柱面。如果在实施例三的基础上，再计算出一些弧矢面上的物点所形成的像点，用空间的平面模型代替子午面内的直线模型，就能够更全面地平衡检测元件平面上的成像质量。为此，只需要用平面拟合的措施替代斜直线拟合线的措施；而平面拟合所用到的点，除了包括实施例三中的子午面上的那些像点之外，还包含了一部分在弧矢面上的物点所形成的像点；图像检测元件应设置于该拟合平面处。

过图9中的A3-a3’做垂直于子午面的平面，那么在该面平上就可以考察弧矢面光束的成像情况，如图15所示。图中，标号13是子午面在弧矢面上的投影，Q3C是平面Q3与子午面的交线，q3C是平面q3与子午面的交线。物面上的在平面Q3高度上的点，除了A3，还有A3L1、A3L2、A3R1、A3R2等，它们在有场曲的真实像面q3’上的对应像点分别是a3L1’、a3L2’、a3R1’、a3R2’等。把在不同高度上得到的这类像点也纳入优过程化后，得到的拟合平面与上述过A3-a3’ 直线的弧矢面的交线为F3C。F3C与q3C平行，但是可能不重合。

由于在子午面上以及在子午面附近的成像质量很重要，在做平面拟合的过程中，可以对这部分所含的像点做适当的加权处理。

由于所采用的以平面拟合曲面的基础仍然是前述的视场，仅仅是对图像曲面局部位置平面化的进一步细微调整，不会对图像检测元件的设置角度造成大的改变，所带来的优化倾斜成像分辨率的效果仍然存在。

实施例五

本实施例以在视觉传感器多镜片成像系统中、舍弃镜头1的主光轴某一侧的全部视场为例进行说明，此时，镜头1由多个镜片构成。各镜片中距离物面4最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面4最近的镜片的主光轴为镜头主光轴10。

在多镜片成像系统中，也可以采用各镜片中至少有一片镜片的主光轴偏离镜头主光轴10、并且偏离的镜片的主光轴与镜头主光轴10平行方式设置镜片。参见图11和图12所示，检测范围内选二个距离镜头不同距离的检测点，为了具有代表性，这二个点一般应比较靠近检测范围的端点，二个检测点在对应场曲成像曲面上的成像点连线构成斜场曲直线，图像检测元件设置于该斜场曲直线处。或者采用实施例三的方法，得到一条拟合直线，把图像检测元件设置于该拟和直线处，对于较复杂的光学系统，优化效果更好。或者采用实施例四的方法，得到平面拟合面，把图像检测元件设置于该平面拟合面。

位于检测范围内的倾斜设置的物面A1-A3的二个端点的成像点确定分析、以及图像检测元件设置位置确定分析参见实施例一、实施例二和实施例三。图11中图像检测元件3与物面4的夹角α1’要小于图3中图像检测元件3与物面4的夹角α1，图12中图像检测元件3与物面4的夹角α2’要小于图3中图像检测元件3与物面4的夹角α1，因而设置成本实施例所述形式（参见图11和图12所示）对物面4采集图像，在其他参数（例如检测范围H、侧偏量D）基本相同的条件下，远端的端点A1和近端的端点A3在图像检测元件3上的成像分辨率相比图3形式对物面采集图像，采用本实施例所述形式，远端的端点A1和近端的端点A3两者的分辨率差别缩小了，同样达到优化倾斜成像分辨率的目的。

在多镜片成像系统中，也可以采用各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴10存在夹角方式设置镜片。参见图13和图14所示，检测范围内选二个距离镜头不同距离的检测点，二个检测点在对应场曲成像曲面上的成像点连线构成斜场曲直线，图像检测元件设置于该斜场曲直线处、或者设置于拟合直线处、或者拟合直线面处。

位于检测范围内的倾斜设置的物面A1-A3的二个端点的成像点确定分析、以及图像检测元件设置位置确定分析参见实施例一、实施例二和实施例三。图13中图像检测元件3与物面4的夹角α3’要小于图3中图像检测元件3与物面4的夹角α1，图14中图像检测元件3与物面4的夹角α4’要小于图3中图像检测元件3与物面4的夹角α1，因而设置成本实施例所述形式（参见图11和图12所示）对物面4采集图像，在其他参数（例如检测范围H、侧偏量D）基本相同的条件下，远端的端点A1和近端的端点A3在图像检测元件3上的成像分辨率相比图3形式对物面采集图像，采用本实施例所述形式，远端的端点A1和近端的端点A3两者的分辨率差别缩小了，同样达到优化倾斜成像分辨率的目的。

在多镜片成像系统中，也可以采用采用各镜片中至少有一片镜片的主光轴偏离镜头1的主光轴、并且偏离的镜片的主光轴与镜头1的主光轴平行、各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头1的主光轴存在夹角方式设置镜片。检测范围内选二个距离镜头不同距离的检测点，二个检测点在对应场曲成像曲面上的成像点连线构成斜场曲直线，图像检测元件设置于该斜场曲直线处、或者设置于拟合直线处、或者拟合直线面处。。位于检测范围内的倾斜设置的物面A1-A3的二个端点的成像点确定分析、以及图像检测元件设置位置确定分析参见实施例一、实施例二、实施例三和实施例四。并结合参见图11、图12、图13和图14和图15所述，上述设置同样达到优化倾斜成像分辨率的目的。以上几种方案的发明思想是进一步加强成像系统的非对称性，从而利用非对称性。在光学设计软件的帮助下，就可以更好地优化确定镜片、镜头结构的具体参数了。

本发明的优点是：在倾斜成像状态，把通常认为对成像质量有害的场曲现象转化为有利因素，利用光学系统中存在场曲的现象选择图像检测元件位置，易于保证最低检测分辨率，减小图像检测元件与物面之间的夹角、缩小检测范围内近端与远端处的物成像于图像检测元件的分辨率差别，降低成本；此外适当增加场曲还能进一步缩小检测范围内近端与远端处的物成像于图像检测元件的分辨率差别。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。

Claims (13)

1.成像系统，包括：镜头和图像检测元件，其特征在于：所述的图像检测元件设置于场曲直线处、或直线拟合线处、或平面拟合面处；

所述的场曲直线为在子午面内处于检测视场角范围内的二个距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点连线；

所述的直线拟合线为在子午面内处于检测视场角范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点经直线拟合得到的直线；

所述的平面拟合面为处于检测视场角范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点，包括子午面内的子午像点与弧矢面内的弧矢像点，经平面拟合而得到的平面；

检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于：检测视场角角度不超过1/2的镜头视场角角度时，所述的图像检测元件设置于场曲直线处；检测视场角角度超过1/2的镜头视场角角度时，所述的图像检测元件设置于直线拟合线处或平面拟合面处。

3.根据权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于：所述的镜头由单镜片构成。

4.根据权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于：所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴偏离镜头主光轴，并且偏离的镜片的主光轴与镜头主光轴平行。

5.根据权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于：所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。

6.根据权利要求4所述的成像系统，其特征在于：各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。

7.一种基于权利要求1所述的成像系统的设置方法，其特征在于: 所述的图像检测元件按如下方法设置：检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过1/2的镜头视场角角度；检测范围内任选二个距离镜头不同距离的检测点，二个检测点在对应场曲成像曲面上的成像点连线构成斜场曲直线，图像检测元件设置于该斜场曲直线处。

8.一种基于权利要求1所述的成像系统的设置方法，其特征在于：所述的图像检测元件按如下方法设置：检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度；检测范围内选取至少三个距离镜头不同距离的检测点，各检测点在对应场曲成像曲面上的成像点经直线拟合得到斜直线拟合线，图像检测元件设置于该斜直线拟合线处。

9.一种基于权利要求1所述的成像系统的设置方法，其特征在于：所述的图像检测元件按如下方式设置：检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度；检测范围内选取至少三个距离镜头不同距离的检测点，各检测点在对应场曲成像曲面上的成像点，包括子午面内的子午像点与弧矢面内的弧矢像点，经平面拟合得到的斜平面拟合面，图像检测元件设置于该斜平面拟合面处。

10.根据权利要求7、8或9所述的成像系统的设置方法，其特征在于：所述的镜头由单镜片构成。

11.根据权利要求7、8或9所述的成像系统的设置方法，其特征在于：所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴偏离镜头主光轴，并且偏离的镜片的主光轴与镜头主光轴平行。

12.根据权利要求7、8或9所述的成像系统的设置方法，其特征在于：所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。

13.根据权利要求11所述的成像系统的设置方法，其特征在于：各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。

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