一種折反射超廣角成像系統的製作方法

2023-10-09 00:12:29

本發明涉及光學系統和器件設計技術領域，具體涉及一種折反射超廣角成像系統。

背景技術：

目前，視頻監控系統已廣泛應用於各領域中，汽車、飛行器、潛艇上逐漸配備了視頻監控系統，然而傳統的相機由於鏡頭限制因素，故視場是十分有限的，為了獲取大視場，往往就要增加多個傳感器。如此一來，成本增加不少，再者為了將多個傳感器獲取的圖像融合成為全景圖像，需要多次的拼接，其複雜性大，也較費時，往往不能達到實時監控的效果，令其功用大打折扣。

因此，開發一種能夠克服上述缺點的全景鏡頭勢在必行。現有全景鏡頭通常包括沿同一光軸排列的全景透鏡、多個光學透鏡和影像傳感器，光學透鏡以及全景透鏡分別獲得前方以及環繞光學透鏡光軸360度環場的全景光線，影像感測器能夠接收從全景透鏡以及成像透鏡入射的光線形成全景圖像。本發明通過對現有全景鏡頭的優化升級研發出一種能夠實現高清成像的360°全景成像系統。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種折反射超廣角成像系統，以實現超廣角取景成像，結構緊湊，便於安裝。

本發明的技術方案如下：

一種折反射超廣角成像系統，包括相機系統、電路系統及機械系統，三者相互連接；其特徵在於，所述相機系統包括依次排列的折反射鏡組、中繼鏡組及像面，中繼鏡組與折反射鏡組同軸布置；其中，折反射鏡組具有同軸布置並沿球罩至中繼鏡組方向依次排列的折反射第一透鏡和折反射第二透鏡，折反射第一透鏡和折反射第二透鏡通過連接連接面連接；折反射第一透鏡具有第一折射面和第二內反射面，第一折射面的中心內環邊緣與第二內反射面的外環邊緣相接；折反射第二透鏡具有第一內反射面和第二折射面，第一內反射面的內環邊緣與第二折射面的外環邊緣相接。

進一步地，所述連接連接面為平面。

進一步地，中繼鏡組由8片透鏡組成；分別為第一透鏡，第二透鏡，第三透鏡，第四透鏡，第五透鏡，第六透鏡，第七透鏡，第八透鏡。

進一步地，第一透鏡包含2個折射面，靠近折反射鏡組方向折射面為球形凸面。

進一步地，第二透鏡包含2個折射面，靠近折反射鏡組方向折射面為球形凸面，另一折射面為球形凹面。

進一步地，所述像面處設置探測器接收光學圖像。

進一步地，探測器接收的光學圖像為環形，探測器接收的光學圖像為環形，反映的景物是垂直於鏡頭軸線的360°全景。

進一步地，所述探測器的靶面大於9.5mm×9.5mm，接收完整的環形圖像，對應360°全景視場。

進一步地，所述探測器的靶面為9.5mm×4.8mm，偏心安裝，接收半環形圖像，對應180°全景視場。

本發明相對現有技術具有的優點和有益效果為：

1)折反射超廣角成像系統主要兼顧系統焦距和結構尺寸的要求，在各視場光路無遮攔的前提下進行像差校正。

2)本發明折反射超廣角成像系統的視場和孔徑都很大，較長的後工作距離確保了其它零件的安裝空間。

3)折反射鏡組採用了透鏡組，大大減小了色差、像散和場曲，能夠承擔更大的垂直視場和相對孔徑。

附圖說明

附圖1為本發明折反射超廣角成像系統結構示意圖。

附圖2為本發明折反射超廣角成像系統光路示意圖。

其中，1-第一透鏡，2-第二透鏡，3-第三透鏡，4-第四透鏡，5-第五透鏡，6-第六透鏡，7第七透鏡，8-第八透鏡，9-像面，12-第一折射面，13-第一內反射面，14-第二內反射面，15-連接面，16-第二折射面，21-折反射第一透鏡，22-折反射第二透鏡。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述，以下實施例有助於對本發明的理解，是比較好的應用實例，但不應看作是對本發明的限制。

如圖1所示，一種折反射超廣角成像系統，包括相機系統、電路系統及機械系統，三者相互連接；所述相機系統包括依次排列的折反射鏡組、中繼鏡組及像面，中繼鏡組與折反射鏡組同軸布置；其中，折反射鏡組具有同軸布置並沿球罩至中繼鏡組方向依次排列的折反射第一透鏡和折反射第二透鏡，折反射第一透鏡和折反射第二透鏡通過連接面連接；折反射第一透鏡具有第一折射面和第二內反射面，第一折射面的中心內環邊緣與第二內反射面的外環邊緣相接；折反射第二透鏡具有第一內反射面和第二折射面，第一內反射面的內環邊緣與第二折射面的外環邊緣相接。

折反射超廣角成像系統提供適當的角放大倍率以擴大視場。本光學系統光學視場為±30°至±90°，焦距為3mm。設計時主要兼顧系統焦距和結構尺寸的要求，在各視場光路無遮攔的前提下進行像差校正。折反射鏡組沒有進行獨立校像差設計，而是允許系統保留一定量的正場曲，從而有利於整個全景系統的像差平衡。中繼鏡是一個大相對孔徑，中等視場的光學系統，對光線會聚作用強烈，容易產生負場曲，可以與反射鏡組殘餘的正場曲平衡。另外，要適當控制正場曲的殘餘量，同時，折反射超廣角成像系統屬於大像差系統，為減少各像差高級量，應儘量控制初級像差。設計初始結構時，為避免產生大量的像散、場曲，需使兩反射面的曲率半徑近似相等。

在一較佳實施方案中，折反射第一透鏡21具有第一折射面12和第二內反射面14，第一折射面12為通光口徑25-119mm的球形凸面，距連接面距離為40mm；第二內反射面14為通光口徑25mm的球形凹面，距連接面距離為37.5mm；折反射第二透鏡22具有第一內反射面13和第二折射面16；第一內反射面13為通光口徑21-72mm的球形凹面，距連接面距離為30mm；第二折射面16為平面，距連接面距離為28.7mm。

中繼鏡組中8片透鏡分別為第一透鏡1，第二透鏡2，第三透鏡3，第四透鏡4，第五透鏡5，第六透鏡6，第七透鏡7，第八透鏡8。中繼鏡組中各透鏡間均具有間隙。各透鏡厚度及曲率半徑均不相同。透射式中繼鏡的作用是將反射鏡組所成的虛像以適當倍率成像到像面上。要保證光瞳匹配，並將光學系統像差校正到一定狀態以便與折反射鏡組像差相互平衡。另外，中繼鏡組結構緊湊，透鏡間不宜分離過遠。雖然前組光線高度略大，但後組已承擔部分光焦度，受系統入瞳距限制，前組不適合再引入負光焦度。

中繼鏡組具體布置如下，具體參數見表1。

第一透鏡1與折反射透鏡組間隔為6mm。第一透鏡1厚度為4.6mm。第一透鏡1包含2個折射面，靠近折反射鏡組方向折射面為球形凸面，通光口徑為20mm；另一折射面為球形凹面，通光口徑為17.2mm。

第二透鏡2與第一透鏡1間隔為2.1mm。第二透鏡2厚度為5.1mm。第二透鏡2包含2個折射面，靠近折反射鏡組方向折射面為球形凸面，通光口徑為17.2mm；另一折射面為球形凹面，通光口徑為17mm。

第三透鏡3與第二透鏡2間隔為2.4mm。第三透鏡3厚度為15mm。第三透鏡3包含2個折射面，靠近折反射鏡組方向折射面為球形凹面，通光口徑為17.8mm；另一折射面為球形凸面，通光口徑為363mm。

第四透鏡4與第三透鏡3間隔為1.3mm。第四透鏡4厚度為10.2mm。第四透鏡4包含2個折射面，靠近折反射鏡組方向折射面為球形凹面，通光口徑為29mm；另一折射面為球形凹面，通光口徑為34mm。

第五透鏡5與第四透鏡4間隔為0.2mm。第五透鏡5厚度為11.4mm。第五透鏡5包含2個折射面，靠近折反射鏡組方向折射面為球形凸面，通光口徑為40mm；另一折射面為球形凹面，通光口徑為41mm。

第六透鏡6與第五透鏡5間隔為5mm。第六透鏡6厚度為8.6mm。第六透鏡6包含2個折射面，靠近折反射鏡組方向折射面為球形凸面，通光口徑為40mm；另一折射面為球形凹面，通光口徑為38mm。

第七透鏡7與第六透鏡6間隔為0.2mm。第七透鏡7厚度為10.3mm。第七透鏡7包含2個折射面，靠近折反射鏡組方向折射面為球形凸面，通光口徑為33.2mm；另一折射面為球形凸面，通光口徑為29mm。

第八透鏡8與第七透鏡7間隔為0.9mm。第八透鏡8厚度為4.3mm。第八透鏡8包含2個折射面，靠近折反射鏡組方向折射面為球形凹面，通光口徑為28mm；另一折射面為球形凸面，通光口徑為22mm。第八透鏡8與像面間隔為18mm。

在另一優選實施方案中，折反射鏡組中所述連接面為平面。

在另一優選實施方案中，第一內反射面13和第二內反射面14鍍高反膜。第一折射面12、第二折射面16鍍增透膜。

像面處設置探測器接收光學圖像，探測器接收的光學圖像為環形，反映的景物是垂直於鏡頭軸線的360°全景。探測器靶面若大於9.5mm×9.5mm，則可接收到完整的環形圖像，對應360°全景視場。探測器靶面若為9.5mm×4.8mm，則偏心安裝，可滿足半環形成像，對應180°視場。

表1折反射超廣角成像系統光學數據

上述實施例不以任何形式限制本發明，凡採用本發明的相似結構、方法及其相似變化方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍。