CN207336913U - 全景成像系统和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了全景成像系统和电子设备，该全景成像系统包括两组鱼眼镜头，每组鱼眼镜头包括前镜组、等腰直角反射棱镜、光阑元件、后镜组和成像平面，两个等腰直角反射棱镜的反射面相胶合形成胶合棱镜；前镜组包括物侧面为凸面且像侧面为凹面的第一负透镜、物侧面为凸面且像侧面为凹面的第二负透镜、物侧面和像侧面均为凹面的第三负透镜以及物侧面为平面且像侧面为凸面的第四正透镜；后镜组包括物侧面和像侧面均为凸面的第五胶合透镜以及物侧面为凸面且像侧面为平面的第六胶合透镜。该全景成像系统增大了每组鱼眼镜头的成像范围并具有减小的体积。

Description

全景成像系统和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及光学领域，具体涉及光学成像系统技术领域，尤其涉及全景成像系统和电子设备。

背景技术

随着图像传感器和数字图像处理技术的发展，如何获取具有尽量大的视场角的目标图像成为人们关注的焦点，从而使得全景成像系统应运而生。

全景成像(Panoramic Image，PI)系统是一种超半球成像系统，通常利用两组视场角超过180°的广角摄像镜头组合来实现球形无死角拍摄。由于全景成像系统具有超大视场角、大景深，因此被广泛应用于安防监控设备、车载摄录设备、运动DV设备、虚拟现实设备等电子设备中。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种全景成像系统和电子设备。

第一方面，本申请实施例提供了一种全景成像系统，包括两组鱼眼镜头，每组鱼眼镜头包括由物侧至像侧依次排列的前镜组、等腰直角反射棱镜、光阑元件、后镜组和成像平面，两组鱼眼镜头中的两个等腰直角反射棱镜的反射面相胶合形成胶合棱镜；前镜组位于等腰直角反射棱镜的入光面侧，光阑元件、后镜组和成像平面位于等腰直角反射棱镜的出光面侧，等腰直角反射棱镜的入光面和出光面彼此垂直；前镜组包括由物侧至像侧依次排列的：第一负透镜，第一负透镜的物侧面为凸面，第一负透镜的像侧面为凹面；第二负透镜，第二负透镜的物侧面为凸面，第二负透镜的像侧面为凹面；第三负透镜，第三负透镜的物侧面和像侧面均为凹面；以及第四正透镜，第四正透镜的物侧面为平面，第四正透镜的像侧面为凸面；后镜组包括由物侧至像侧依次排列的：第五胶合透镜，第五胶合透镜的物侧面和像侧面均为凸面；以及第六胶合透镜，第六胶合透镜的物侧面为凸面，第六胶合透镜的像侧面为平面；光阑元件位于等腰直角反射棱镜的出光面和后镜组之间，成像平面位于第六胶合透镜的像侧。

在一些实施例中，第五胶合透镜由第五正透镜与第五负透镜胶合而成，第六胶合透镜由第六正透镜与第六负透镜胶合而成；第五正透镜的物侧面和像侧面均为凸面，第五负透镜的物侧面为凹面，第五负透镜的像侧面为凸面，并且第五正透镜位于第五负透镜的物侧；第六正透镜的物侧面和像侧面均为凸面，第六负透镜的物侧面为凹面，第六负透镜的像侧面为平面，并且第六正透镜位于第六负透镜的物侧。

在一些实施例中，两个等腰直角反射棱镜的反射面的尺寸相同，胶合棱镜为正方体胶合棱镜。

在一些实施例中，两组鱼眼镜头的前镜组对齐于垂直光轴上并且关于水平光轴对称，两组鱼眼镜头的后镜组对齐于水平光轴上并且关于垂直光轴对称，水平光轴与垂直光轴的交点与胶合棱镜的几何中心重合。

在一些实施例中，鱼眼镜头的光学总长TTL和焦距f满足：22<TTL/f<25，鱼眼镜头的光学后焦f_b满足：f_b≥2.1mm。

在一些实施例中，分别位于两组鱼眼镜头中的两个第一负透镜的凸面中心之间的距离L满足：22mm≤L≤25mm。

在一些实施例中，等腰直角反射棱镜的直角边长度不大于5.9mm，等腰直角反射棱镜的折射率大于1.9。

在一些实施例中，第一负透镜对550nm波长的光的折射率大于1.9，第四正透镜对550nm波长的光的折射率大于2.0。

在一些实施例中，第五正透镜与第五负透镜的阿贝数之差不小于28。

在一些实施例中，单组鱼眼镜头的视场角θ满足：200°≤θ≤210°，单组鱼眼镜头的最大成像圆直径D满足：3.2mm≤D≤3.5mm。

第二方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括摄像头，摄像头包括上述全景成像系统。

本申请实施例提供的全景成像系统和电子设备，通过将三个负透镜和一个正透镜组成前镜组、将两个胶合透镜组成后镜组，在保证成像质量的前提下增大了每组鱼眼镜头的成像范围，同时通过组合对不同区域进行成像的两组鱼眼镜头，能够实现全视场的图像探测，另外通过等腰直角反射棱镜将每组鱼眼镜头的光线折转，有效缩小了全景成像系统的体积。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本申请一个实施例的全景成像系统的示意性结构图；

图2示出了本申请的电子设备的一个实施例的示意性结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，示出了本申请一个实施例的全景成像系统100的示意性结构图。

如图1所示，全景成像系统100包括两组鱼眼镜头，每组鱼眼镜头的视场角大于等于200°，例如，200°、210°等。由于两组鱼眼镜头的视场角之和超过360°，因此，两组鱼眼镜头可分别接收来自两个对称的半球物空间的入射光线(例如，当两个鱼眼镜头的入光面彼此相背地对称设置时)，在各自的成像面上形成这两个半球物空间的图像，并通过图像拼接处理最终生成整个球状物空间的全景图像。

每组鱼眼镜头包括由物侧至像侧依次排列的前镜组1、等腰直角反射棱镜2、光阑元件3、后镜组4和成像平面5，两组鱼眼镜头中的两个等腰直角反射棱镜2的反射面相胶合形成胶合棱镜，前镜组1位于等腰直角反射棱镜2的入光面侧，光阑元件3、后镜组4和成像平面5位于等腰直角反射棱镜2的出光面侧，等腰直角反射棱镜2的入光面和出光面相互垂直。也就是说，前镜组1接收的入射光线经过等腰直接反射棱镜2进行90度折转之后入射到后镜组4中，有效缩小了全景成像系统的体积。

前镜组1包括由物侧至像侧依次排列的第一负透镜11、第二负透镜12、第三负透镜13和第四正透镜14。其中，第一负透镜11的物侧面为凸面，第一负透镜11的像侧面为凹面，第二负透镜12的物侧面为凸面，第二负透镜12的像侧面为凹面，第三负透镜13的物侧面和像侧面均为凹面，第四正透镜14的物侧面为平面，第四正透镜14的像侧面为凸面。第四正透镜14为平凸透镜，对光线具有良好的会聚效果，减小光线传输过程的损失。

后镜组4包括由物侧至像侧依次排列的第五胶合透镜41和第六胶合透镜42。其中，第五胶合透镜41的物侧面和像侧面均为凸面，第六胶合透镜42的物侧面为凸面，第六胶合透镜42的像侧面为平面。

光阑元件3位于等腰直角反射棱镜2和后镜组4之间，具体地，光阑元件3被设置在等腰直角反射棱镜2的出光面侧和第五胶合透镜41的物侧之间的区域中。成像平面5位于后镜组4的像侧，具体地，成像平面5被设置在第六胶合透镜42的像侧。

本实施例中，通过将三个负透镜和一个正透镜组成前镜组、将两个胶合透镜组成后镜组，使得鱼眼镜头的成像面可以达到3mm以上，增大了每组鱼眼镜头的成像范围，同时通过组合对不同区域进行成像的两组鱼眼镜头，实现全视场的图像探测，另外通过等腰直角反射棱镜将每组鱼眼镜头的光线折转，有效缩小了全景成像系统的体积。

在本实施例的一些可选的实现方式中，第五胶合透镜41由第五正透镜411与第五负透镜412胶合而成，第六胶合透镜42由第六正透镜421与第六负透镜422胶合而成。其中，第五正透镜411的物侧面和像侧面均为凸面，第五负透镜412的物侧面为凹面且像侧面为凸面，第六正透镜421的物侧面和像侧面均为凸面，第六负透镜422的物侧面为凹面且像侧面为平面，并且第五正透镜411位于第五负透镜412的像侧，第六正透镜421位于第六负透镜422的像侧。

通过将正透镜和负透镜胶合在一起形成胶合透镜，与使用单一透镜相比，可有效校正色差，进而提高了全景成像系统的成像质量。

在本实施例的一些可选的实现方式中，两个等腰直角反射棱镜2的反射面的尺寸相同，胶合棱镜为正方体胶合棱镜。通过将两个等腰直角反射棱镜2设计为反射面尺寸相同，并将两个反射面胶合在一起，在保证同样尺寸的有效反射面积的情况下，有效减小了全景成像系统的尺寸。

在本实施例的一些可选的实现方式中，等腰直角反射棱镜2的直角边长度不大于5.9mm，例如，等腰直角反射棱镜2的直角边长度为5.9mm。这样，在保证光通量的情况下，通过减小等腰直角反射棱镜2的尺寸，进一步减小了全景成像系统的体积，使全景成像系统更便于携带。

在本实施例的一些可选的实现方式中，等腰直角反射棱镜2可由折射率大于1.9的材料制成。由于等腰直角反射棱镜2具有较高的折射率，因此等腰直角反射棱镜2中的光程远大于实际光线的路径长度，有利于减小鱼眼镜头的尺寸，进而减小全景光学系统的体积。

在本实施例的一些可选的实现方式中，两组鱼眼镜头的前镜组1对齐于垂直光轴VL上并且关于水平光轴HL对称，两组鱼眼镜头的后镜组4对齐于水平光轴HL上并且关于垂直光轴VL对称，并且水平光轴HL与垂直光轴VL的交点与胶合棱镜的几何中心O重合，这里，水平光轴HL与垂直光轴VL彼此垂直相交。

通过将前镜组排布于垂直光轴上、后镜组排布于水平光轴上，并使两个光轴垂直相交于胶合棱镜(例如，正方体胶合棱镜)的几何中心，便于后镜组接收反射后的光线，使各透镜更加紧凑，从而进一步减小全景成像系统的尺寸，同时避免光线在传输过程中产生不必要的损耗，保证成像效果。

尽管图1示出了前镜组1排列于垂直光轴VL上，后镜组4排列于水平光轴HL上，但这仅仅是示意性的。应当理解，前镜组1也可排列于水平光轴HL上，后镜组4也可排列于垂直光轴VL上，本领域的技术人员可以根据实际应用场景的需要进行设置。

在本实施例的一些可选的实现方式中，鱼眼镜头的光学总长TTL和焦距f满足：22<TTL/f<25，鱼眼镜头的光学后焦f_b满足：f_b≥2.1mm。

在本实施例的一些可选的实现方式中，鱼眼镜头的光学总长TTL和焦距f的比值TTL/f为23.8，鱼眼镜头的光学后焦f_b为2.23mm。

在本实施例的一些可选的实现方式中，分别位于两组鱼眼镜头中的两个第一负透镜11的凸面中心(例如，图1中的凸面中心点A、B)之间的距离L满足：22mm≤L≤25mm。

在本实施例的一些可选的实现方式中，分别位于两组鱼眼镜头中的两个第一负透镜11的凸面中心之间的距离L为23.8mm。

在本实施例的一些可选的实现方式中，第一负透镜11对550nm波长的光的折射率大于1.9，第四正透镜14对550nm波长的光的折射率大于2.0。

在本实施例的一些可选的实现方式中，第五正透镜411与第五负透镜412的阿贝数之差不小于28。

在本实施例的一些可选的实现方式中，第五正透镜411与第五负透镜412的阿贝数之差为29。

在本实施例的一些可选的实现方式中，单组鱼眼镜头的视场角θ满足：200°≤θ≤210°。

这样，可以保证每组鱼眼镜头的成像平面距离全景成像系统的中心位置(例如，几何中心O)较近，有利于缩小全景成像系统的体积，同时保证每组鱼眼镜头都具有足够大的视场角，从而进一步减小不能成像的区域。

此外，由于图像拼接的速度和质量通常取决于两幅图像的重叠区域和匹配特征点的数量，而每组鱼眼镜头的视场角θ超过200°，因此由两组鱼眼镜头获取的两幅空间平面图像可具有至少20°的重叠区域，这样在进行图像拼接时，能获取更多的匹配特征点，从而提高全景图像的拼接速度以及拼接后的全景图像的图像质量。

在本实施例的一些可选的实现方式中，单组鱼眼镜头的视场角θ为200°。

在本实施例的一些可选的实现方式中，单组鱼眼镜头的最大成像圆直径D满足：3.2mm≤D≤3.5mm。

在本实施例的一些可选的实现方式中，每组鱼眼镜头的最大成像圆直径D为3.4mm。

相比于传统的全景成像系统，本实施例的全景成像系统具有更大的成像范围，能够应用于多种成像模式，例如，对于1/3英寸的成像探测器而言，不仅可在16：9的模式下成像，而且在4：3的模式下也具有较好的成像效果，从而实现多元化、系列化的双鱼眼全景成像系统。

本申请实施例还提供了一种电子设备200，如图2所示。其中，电子设备200可包括摄像头201，摄像头201包括上述实施例描述的全景成像系统。本领域的技术人员应当理解，电子设备200除了包括如上的全景成像系统之外，还可以包括一些其它的公知的结构。为了不模糊本申请的重点，将不再对这些公知的结构进行进一步描述。

本申请的电子设备可以是任何包含如上的全景成像系统的设备，包括但不限于如图2所示的智能手机200、行车记录仪、全景相机等等。只要电子设备包含了本申请公开的全景成像系统的结构，便视为落入了本申请的保护范围之内。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (11)

1.一种全景成像系统，其特征在于，包括两组鱼眼镜头，每组所述鱼眼镜头包括由物侧至像侧依次排列的前镜组、等腰直角反射棱镜、光阑元件、后镜组和成像平面，所述两组鱼眼镜头中的两个所述等腰直角反射棱镜的反射面相胶合形成胶合棱镜；

所述前镜组位于所述等腰直角反射棱镜的入光面侧，所述光阑元件、所述后镜组和所述成像平面位于所述等腰直角反射棱镜的出光面侧，所述等腰直角反射棱镜的入光面和出光面彼此垂直；

所述前镜组包括由物侧至像侧依次排列的：

第一负透镜，所述第一负透镜的物侧面为凸面，所述第一负透镜的像侧面为凹面；

第二负透镜，所述第二负透镜的物侧面为凸面，所述第二负透镜的像侧面为凹面；

第三负透镜，所述第三负透镜的物侧面和像侧面均为凹面；以及

第四正透镜，所述第四正透镜的物侧面为平面，所述第四正透镜的像侧面为凸面；

所述后镜组包括由物侧至像侧依次排列的：

第五胶合透镜，所述第五胶合透镜的物侧面和像侧面均为凸面；以及

第六胶合透镜，所述第六胶合透镜的物侧面为凸面，所述第六胶合透镜的像侧面为平面；

所述光阑元件位于所述等腰直角反射棱镜的出光面和所述后镜组之间，所述成像平面位于所述第六胶合透镜的像侧。

2.根据权利要求1所述的全景成像系统，其特征在于，所述第五胶合透镜由第五正透镜与第五负透镜胶合而成，所述第六胶合透镜由第六正透镜与第六负透镜胶合而成；

所述第五正透镜的物侧面和像侧面均为凸面，所述第五负透镜的物侧面为凹面，所述第五负透镜的像侧面为凸面，并且所述第五正透镜位于所述第五负透镜的物侧；

所述第六正透镜的物侧面和像侧面均为凸面，所述第六负透镜的物侧面为凹面，所述第六负透镜的像侧面为平面，并且所述第六正透镜位于所述第六负透镜的物侧。

3.根据权利要求2所述的全景成像系统，其特征在于，两个所述等腰直角反射棱镜的反射面的尺寸相同，所述胶合棱镜为正方体胶合棱镜。

4.根据权利要求3所述的全景成像系统，其特征在于，所述两组鱼眼镜头的前镜组对齐于垂直光轴上并且关于水平光轴对称，所述两组鱼眼镜头的后镜组对齐于所述水平光轴上并且关于所述垂直光轴对称，所述水平光轴与所述垂直光轴的交点与所述胶合棱镜的几何中心重合。

5.根据权利要求1-4之一所述的全景成像系统，其特征在于，所述鱼眼镜头的光学总长TTL和焦距f满足：22<TTL/f<25，所述鱼眼镜头的光学后焦f_b满足：f_b≥2.1mm。

6.根据权利要求1-4之一所述的全景成像系统，其特征在于，分别位于两组所述鱼眼镜头中的两个所述第一负透镜的凸面中心之间的距离L满足：22mm≤L≤25mm。

7.根据权利要求1-4之一所述的全景成像系统，其特征在于，所述等腰直角反射棱镜的直角边长度不大于5.9mm，所述等腰直角反射棱镜的折射率大于1.9。

8.根据权利要求1-4之一所述的全景成像系统，其特征在于，所述第一负透镜对550nm波长的光的折射率大于1.9，所述第四正透镜对550nm波长的光的折射率大于2.0。

9.根据权利要求2-4之一所述的全景成像系统，其特征在于，所述第五正透镜与所述第五负透镜的阿贝数之差不小于28。

10.根据权利要求1-4之一所述的全景成像系统，其特征在于，单组所述鱼眼镜头的视场角θ满足：200°≤θ≤210°，单组所述鱼眼镜头的最大成像圆直径D满足：3.2mm≤D≤3.5mm。

11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括摄像头，所述摄像头包括如权利要求1-10任一项所述的全景成像系统。