CN208569167U - 用于钢琴在线教学的超广角镜头及包含其的平板电脑 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于钢琴在线教学的超广角镜头。其包括依次连接的三棱镜、透镜组和固定部，透镜组自物方至像方同轴依序包括包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，第一透镜为凸凹透镜；第二透镜为平凹透镜；第三透镜为双凸透镜；以及第四透镜为凹凸透镜。该镜头可以外接于多种电子设备(比如平板电脑)的摄像镜头上，增加电子设备的原有视场角度，三棱镜可以改变光线的方向，可以将电子设备放置在钢琴琴键的上方位置进行拍摄，并且该超广角镜头的参数均较优，具有较大的视场角范围，可以在同一视角中完整拍摄到钢琴的88个键，并且其应用的透镜数量只有四个，大大降低了超广角镜头的成本，非常适用于钢琴的在线教学。

Description

用于钢琴在线教学的超广角镜头及包含其的平板电脑

技术领域

本实用新型涉及电子设备周边产品领域，具体涉及一种用于钢琴在线教学的超广角镜头，还涉及包含有该超广角镜头的平板电脑。

背景技术

随着科技网络的高速发展，各学科在线教学模式越来越成熟和广泛，钢琴在线教学也越来越普遍，但是由于其钢琴自身结构的特殊性以及教学场景的多样化，例如，钢琴的具有88个键，在线教学需要能够在同一个拍摄视角中获取钢琴的88个键，且由于在线教学的教学环境的多变性，安装特种功能的摄像头进行拍摄时十分不现实的，限制了钢琴教学方式的普及，难以实现在线向演奏者进行演奏示范、曲谱讲解、动作讲解、师生互动等在线教学任务。

近年来，随着小型化摄像镜头的迅猛发展，出现了将外接广角镜头安装在较为便携的电子设备来解决上述的技术问题。但是现有的未接广角镜头，在保证成像质量的前提下，所使用的透镜数量多达5-10个，制作成本过高，且不易实现与现有电子设备的配合。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以通过用于钢琴在线教学的辅助设备，较好的实现教学任务，以解决上述不足之处。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种用于钢琴在线教学的超广角镜头。

该用于钢琴在线教学的超广角镜头包括依次连接的三棱镜、透镜组和固定部，所述透镜组自物方至像方同轴依序包括包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，

第一透镜，为凸凹透镜，靠近物方的一侧采用外凸面，背离物方的一侧采用内凹面；

第二透镜，为平凹透镜，靠近物方的一侧采用平面，背离物方的一侧采用内凹面；

第三透镜，为双凸透镜；以及

第四透镜，为凹凸透镜，靠近物方的一侧采用内凹面，背离物方的一侧采用外凸面；

所述三棱镜的出射面正对所述第一透镜的外凸面。

进一步的，所述透镜组还包括壳体，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均固定在所述壳体内，所述三棱镜外设置有镜罩，所述镜罩包覆所述三棱镜的两端底面和反射面。

进一步的，所述固定部上设置有卡扣，所述透镜组通过所述卡扣可拆卸的固定在所述固定部上。

进一步的，所述壳体上开设有环形的卡槽，所述卡槽与所述卡扣可匹配连接。

进一步的，所述镜罩上设置有连接部，所述壳体设置所述第一透镜的一端固定在所述连接部上。

进一步的，所述固定部为固定夹。

进一步的，所述透镜组固定在所述固定夹的一个夹板上，且所述夹板上开设有正对所述第四透镜的通孔。

进一步的，所述三棱镜为等腰直角三棱镜，所述入射面与所述出射面之间的夹角为90°，所述入射面与所述反射面之间的夹角为45°，角度公差为±2°，所述入射面和所述出射面的宽度为20mm，所述三棱镜的表面均做抛光处理且平整度不大于2μm，所述三棱镜表面的伤痕/亮点等级为 60-40Scratch-Dig。

进一步的，所述第一透镜与所述第二透镜之间的距离为4.2mm，所述第二透镜与所述第三透镜之间的距离为3.7mm，所述第三透镜与所述第四透镜之间的距离为3.9mm，所述第一透镜的中央厚度为0.8mm，所述第二透镜的中央厚度为1.3mm，所述第三透镜的中央厚度为1.6mm，所述第四透镜的中央厚度为1.7mm。

为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，本实用新型提供了一种平板电脑。

该平板电脑包括平板电脑本体和本申请提供的用于钢琴在线教学的超广角镜头，所述固定部固定在所述平板电脑本体上，所述第四透镜正对所述平板电脑本体上的摄像头。

本申请提供的用于钢琴在线教学的超广角镜头具有以下有益效果：该镜头可以外接于多种电子设备(比如平板电脑)的摄像镜头上，增加电子设备的原有视场角度，三棱镜可以改变光线的方向，可以将电子设备放置在钢琴琴键的上方位置进行拍摄，并且该超广角镜头的其MTF、点扩展函数、畸变、色差等参数均较优，具有较大的视场角范围，可以在同一视角中完整拍摄到钢琴的88个键，并且其应用的透镜数量只有四个，大大降低了超广角镜头的成本，非常适用于钢琴的在线教学。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的用于钢琴在线教学的超广角镜头的结构示意图；

图2为本申请提供的用于钢琴在线教学的超广角镜头的爆炸结构图；

图3为本申请提供的一种透镜组的结构示意图；

图4为本申请提供的另一种透镜组的结构示意图；

图5为本申请透镜组的光线路径图；

图6为本申请透镜组的调制传递函数(MTF)示意图；

图7为本申请透镜组的离焦MTF示意图；在横坐标为0的时候，纵坐标由大至小方向所对应的曲线名称分别为：20(deg)-sagittal、0(deg) -tangential、20(deg)-tangential、60(deg)-tangential、45(deg)-tangential、 35(deg)-sagittal、93(deg)-tangential、60(deg)-sagittal、93(deg)-sagittal；

图8为本申请透镜组的畸变场曲示意图；左图中，在纵坐标为70的时候，横坐标由小至大(由左至右)方向所对应的曲线名称分别为： 0.4700-tangential、0.5100-tangential、0.5500-tangential、0.6100-tangential、 0.4700-sagittal、0.6500-tangential、0.5100-sagittal、0.5500-sagittal、 0.6100-sagittal、0.6500-sagittal；右图中的曲线为0.6500；

图9为本申请透镜组的点列图；

图10为本申请透镜组的色差图；在纵坐标为60的时候，横坐标由小至大(由左至右)方向所对应的曲线名称分别为：Airy、0.5100、0.5500、 0.4700、0.6100、0.6500、Airy；

图11为本申请提供的安装用于钢琴在线教学的超广角镜头的平板电脑的爆炸结构图。

附图标记说明：

1、三棱镜；2、透镜组；201、第一透镜；202、第二透镜；203、第三透镜；204、第四透镜；205、壳体；2051、卡槽；206、滤光片；207、光阑；3、固定部；301、通孔；4、镜罩；5、卡扣；6、连接部；7、平板电脑本体；8、成像面。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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1-11并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

如图1和2所示的一种用于钢琴在线教学的超广角镜头，其包包括依次连接的三棱镜1、透镜组2和固定部3。其中，三棱镜1用于改变光线的方向，透镜组2用于获得较大的视场角范围，辅助电子设备的内置镜头工作，固定部3用于将透镜组2固定在电子设备(例如平板电脑)上。

如图3所示，透镜组2自物方至像方同轴依序包括第一透镜201、第二透镜202、第三透镜203和第四透镜204，其中，第一透镜201为凸凹透镜，其靠近物方的一侧采用外凸面，背离物方的一侧采用内凹面；第二透镜202为平凹透镜，其靠近物方的一侧采用平面，背离物方的一侧采用内凹面；第三透镜 203，为双凸透镜；以及第四透镜204，为凹凸透镜，其靠近物方的一侧采用内凹面，背离物方的一侧采用外凸面。三棱镜1的出射面正对第一透镜201的外凸面。

如图1和2所示，透镜组2还包括壳体205，第一透镜201、第二透镜202、第三透镜203和第四透镜204均固定在壳体205内，三棱镜外设置有镜罩4，镜罩4包覆三棱镜1的两端底面和反射面。通过采用上述技术方案，透镜组的外侧面构成完整的圆柱曲面结构，连接处不会存在缝隙，灰尘等不会进入缝隙内；且完整的圆柱曲面结构，提高了镜头的外观观赏性，镜罩4一方面可以用于保护三棱镜1，另一方面可以辅助三棱镜形成反射面。

如图1和2所示，固定部3上设置有卡扣5，透镜组2通过卡扣5可拆卸的固定在固定部3上。

如图2所示，壳体205上开设有环形的卡槽2051，卡槽2051与卡扣5可匹配连接。

如图1和2所示，镜罩4上设置有连接部6，壳体205设置第一透镜201 的一端固定在连接部6上

本申请中固定部优选为如1和2所示的固定夹，透镜组2固定在固定夹的一个夹板上，且夹板上开设有正对第四透镜204的通孔301。通过采用上述技术方案，镜头组可与电子设备的内置镜头可拆卸连接，既能满足摄影需求，又不会对电子设备的正常使用产生不利影响；同时，固定夹夹设固定的方式简单，便于使用者操作。

如图3所示，给出了透镜组内部的光路结构，自物方至像方同轴依序包括：第一透镜201、第二透镜202、第三透镜203和第四透镜204，第一透镜201 与第二透镜202之间的距离为4.2mm，第二透镜202与第三透镜203之间的距离为3.7mm，第三透镜203与第四透镜204之间的距离为3.9mm。

其中，

第一透镜201，为凸凹透镜，靠近物方的一侧采用外凸面，背离物方的一侧采用内凹面，第一透镜201的中央厚度为0.8mm，第一透镜201的折射率为 1.7725，阿贝数为49.6，外凸面的球面半径为45.2mm，内凹面的球面半径为 4.7mm；

第二透镜202，为平凹透镜，靠近物方的一侧采用平面，背离物方的一侧采用内凹面，第二透镜202的中央厚度为1.3mm，第二透镜202的折射率为 1.593，阿贝数为67.3，内凹面的球面半径为14.9mm；

第三透镜203，为双凸透镜，第三透镜3的中央厚度为1.6mm，第三透镜 3的折射率为1.651，阿贝数为56.2，靠近第二透镜202一侧的外凸面的球面半径为112.1mm，另一侧的外凸面的球面半径为22.03mm；以及

第四透镜204，为凹凸透镜，靠近物方的一侧采用内凹面，背离物方的一侧采用外凸面，第四透镜204的中央厚度为1.7mm，第四透镜204的折射率为 1.65160，阿贝数为58.4，外凸面的球面半径为5.6mm，内凹面的球面半径为 8.2mm。

三棱镜8为等腰直角三棱镜，入射面与出射面之间的夹角为90°，入射面与反射面之间的夹角为45°，角度公差为±2°，入射面和出射面的宽度为 20mm。三棱镜8的表面均做抛光处理且平整度不大于2μm，三棱镜8表面的伤痕/亮点等级为60-40Scratch-Dig。三棱镜8的棱倒角0.3-0.6mm*45°。

在本实施例中，第一透镜201为选择为凸凹透镜，后端面采用内凹面，可以获取大视场的成像范围，第三透镜203中弧度较小的凸面在前，可以用来校正残余像差及系统色差，第四透镜204为弯月透镜，凹面在前，前端面采用内凹面，后端面采用外凸面，可以用于校正由大视场角所产生的像差，以及用来校正前三片透镜没有校正的各种像差并对光束进行整形。上述的透镜组的水平视场角可达到150°，在最前面设置的三棱镜1，可以改变入射光线的方向，可以通过镜头观察和拍摄平时很难观察到的角度位置。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1相比，透镜组还包括设置在第四透镜 204与成像面8之间的滤光片206和光阑207，其中，滤光片206设置在所述第四透镜204与成像面8之间。用于限制成像光束的波段范围；本申请中的透镜组的成像范围是可见光波段，采用滤光片主要作用在于选择针对目标的最佳成像波段，如此可获得最佳的成像分辨率。光阑207设置在所述滤光片206 与成像面8之间，用于限制各个视场的光束口径。其中光阑207优选为孔径光阑，孔径光阑的孔径尺寸为固定孔径尺寸或可调整孔径尺寸。可调整孔径尺寸的孔径光阑可以是机械转动或电子驱动的可变光阑。

如图5所示，给出了本实施例中的透镜组内光路结构的光线路径图，其水平视场角可达到150°。

实施例3

为了验证本申请提供的透镜组具有较为优越的光学性能，通过光学设计软件ZEMAX对实施例2提供的超广角镜头进行分析测试，测试结果参见附图 6-10，其中附图6-10分别为实施例2的透镜组的MTF示意图、离焦MTF示意图、畸变场曲示意图、点列图和色差图。

由图6可得出，实施例2透镜组中的各视场曲线比较集中，边沿视场离散对实际成像影响较小；

由图7可得出，实施例2透镜组在重要视场的曲线相对集中；

由图8可得出，实施例2透镜组中的畸变较小；

由图9可得出，实施例2透镜组点扩函数在中心位置表现比较集中，边沿离散程度也相对均匀；

由图10可得出，实施例2透镜组中的色差较优。

实施例4

如图11所示，提供了一种用于钢琴在线教学的平板电脑，其包括平板电脑本体7和超广角镜头，其中的超广角镜头为本申请实施例1和2以及附图 1-4所提供的用于钢琴在线教学的超广角镜头，即镜头包括依次连接的三棱镜 1、透镜组2和固定部3。透镜组2自物方至像方同轴依序包括第一透镜201、第二透镜202、第三透镜203和第四透镜204，其中固定部3固定在平板电脑本体7上，第四透镜204正对平板电脑本体7上的摄像头。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于钢琴在线教学的超广角镜头，其特征在于，包括依次连接的三棱镜(1)、透镜组(2)和固定部(3)，所述透镜组自物方至像方同轴依序包括第一透镜(201)、第二透镜(202)、第三透镜(203)和第四透镜(204)，

第一透镜(201)，为凸凹透镜，靠近物方的一侧采用外凸面，背离物方的一侧采用内凹面；

第二透镜(202)，为平凹透镜，靠近物方的一侧采用平面，背离物方的一侧采用内凹面；

第三透镜(203)，为双凸透镜；以及

第四透镜(204)，为凹凸透镜，靠近物方的一侧采用内凹面，背离物方的一侧采用外凸面；

所述三棱镜(1)的出射面正对所述第一透镜(201)的外凸面。

2.根据权利要求1所述的用于钢琴在线教学的超广角镜头，其特征在于，所述透镜组(2)还包括壳体(205)，所述第一透镜(201)、第二透镜(202)、第三透镜(203)和第四透镜(204)均固定在所述壳体(205)内，所述三棱镜外设置有镜罩(4)，所述镜罩(4)包覆所述三棱镜(1)的两端底面和反射面。

3.根据权利要求2所述的用于钢琴在线教学的超广角镜头，其特征在于，所述固定部(3)上设置有卡扣(5)，所述透镜组(2)通过所述卡扣(5)可拆卸的固定在所述固定部(3)上。

4.根据权利要求3所述的用于钢琴在线教学的超广角镜头，其特征在于，所述壳体(205)上开设有环形的卡槽(2051)，所述卡槽(2051)与所述卡扣(5)可匹配连接。

5.根据权利要求2所述的用于钢琴在线教学的超广角镜头，其特征在于，所述镜罩(4)上设置有连接部(6)，所述壳体(205)设置所述第一透镜(201)的一端固定在所述连接部(6)上。

6.根据权利要求1所述的用于钢琴在线教学的超广角镜头，其特征在于，所述固定部(3)为固定夹。

7.根据权利要求6所述的用于钢琴在线教学的超广角镜头，其特征在于，所述透镜组(2)固定在所述固定夹的一个夹板上，且所述夹板上开设有正对所述第四透镜(204)的通孔(301)。

8.根据权利要求1所述的用于钢琴在线教学的超广角镜头，其特征在于，所述三棱镜(1)为等腰直角三棱镜，入射面与出射面之间的夹角为90°，所述入射面与反射面之间的夹角为45°，角度公差为±2°，所述入射面和所述出射面的宽度为20mm，所述三棱镜(1)的表面均做抛光处理且平整度不大于2μm，所述三棱镜(1)表面的伤痕/亮点等级为60-40Scratch-Dig。

9.根据权利要求1-8任一项所述的用于钢琴在线教学的超广角镜头，其特征在于，所述第一透镜(201)与所述第二透镜(202)之间的距离为4.2mm，所述第二透镜(202)与所述第三透镜(203)之间的距离为3.7mm，所述第三透镜(203)与所述第四透镜(204)之间的距离为3.9mm，所述第一透镜(201)的中央厚度为0.8mm，所述第二透镜(202)的中央厚度为1.3mm，所述第三透镜(203)的中央厚度为1.6mm，所述第四透镜(204)的中央厚度为1.7mm。

10.一种平板电脑，其特征在于，包括平板电脑本体(7)和权利要求1-9任一项所述的用于钢琴在线教学的超广角镜头，所述固定部(3)固定在所述平板电脑本体(7)上，所述第四透镜(204)正对所述平板电脑本体(7)上的摄像头。