本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)和器件設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種折反射超廣角成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域中，汽車、飛行器、潛艇上逐漸配備了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，然而傳統(tǒng)的相機(jī)由于鏡頭限制因素，故視場(chǎng)是十分有限的，為了獲取大視場(chǎng)，往往就要增加多個(gè)傳感器。如此一來，成本增加不少，再者為了將多個(gè)傳感器獲取的圖像融合成為全景圖像，需要多次的拼接，其復(fù)雜性大，也較費(fèi)時(shí)，往往不能達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果，令其功用大打折扣。

因此，開發(fā)一種能夠克服上述缺點(diǎn)的全景鏡頭勢(shì)在必行。現(xiàn)有全景鏡頭通常包括沿同一光軸排列的全景透鏡、多個(gè)光學(xué)透鏡和影像傳感器，光學(xué)透鏡以及全景透鏡分別獲得前方以及環(huán)繞光學(xué)透鏡光軸360度環(huán)場(chǎng)的全景光線，影像感測(cè)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(fā)明通過對(duì)現(xiàn)有全景鏡頭的優(yōu)化升級(jí)研發(fā)出一種能夠?qū)崿F(xiàn)高清成像的360°全景成像系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種折反射超廣角成像系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)超廣角取景成像，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種折反射超廣角成像系統(tǒng)，包括相機(jī)系統(tǒng)、電路系統(tǒng)及機(jī)械系統(tǒng)，三者相互連接；其特征在于，所述相機(jī)系統(tǒng)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并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(nèi)反射面，第一折射面的中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二內(nèi)反射面的外環(huán)邊緣相接；折反射第二透鏡具有第一內(nèi)反射面和第二折射面，第一內(nèi)反射面的內(nèi)環(huán)邊緣與第二折射面的外環(huán)邊緣相接。

進(jìn)一步地，所述連接連接面為平面。

進(jìn)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(jìn)一步地，第一透鏡包含2個(gè)折射面，靠近折反射鏡組方向折射面為球形凸面。

進(jìn)一步地，第二透鏡包含2個(gè)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(jìn)一步地，所述像面處設(shè)置探測(cè)器接收光學(xué)圖像。

進(jìn)一步地，探測(cè)器接收的光學(xué)圖像為環(huán)形，探測(cè)器接收的光學(xué)圖像為環(huán)形，反映的景物是垂直于鏡頭軸線的360°全景。

進(jìn)一步地，所述探測(cè)器的靶面大于9.5mm×9.5mm，接收完整的環(huán)形圖像，對(duì)應(yīng)360°全景視場(chǎng)。

進(jìn)一步地，所述探測(cè)器的靶面為9.5mm×4.8mm，偏心安裝，接收半環(huán)形圖像，對(duì)應(yīng)180°全景視場(chǎng)。

本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：

1)折反射超廣角成像系統(tǒng)主要兼顧系統(tǒng)焦距和結(jié)構(gòu)尺寸的要求，在各視場(chǎng)光路無遮攔的前提下進(jìn)行像差校正。

2)本發(fā)明折反射超廣角成像系統(tǒng)的視場(chǎng)和孔徑都很大，較長的后工作距離確保了其它零件的安裝空間。

3)折反射鏡組采用了透鏡組，大大減小了色差、像散和場(chǎng)曲，能夠承擔(dān)更大的垂直視場(chǎng)和相對(duì)孔徑。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明折反射超廣角成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2為本發(fā)明折反射超廣角成像系統(tǒng)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(nèi)反射面，14-第二內(nèi)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，以下實(shí)施例有助于對(duì)本發(fā)明的理解，是比較好的應(yīng)用實(shí)例，但不應(yīng)看作是對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖1所示，一種折反射超廣角成像系統(tǒng)，包括相機(jī)系統(tǒng)、電路系統(tǒng)及機(jī)械系統(tǒng)，三者相互連接；所述相機(jī)系統(tǒng)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并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(nèi)反射面，第一折射面的中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二內(nèi)反射面的外環(huán)邊緣相接；折反射第二透鏡具有第一內(nèi)反射面和第二折射面，第一內(nèi)反射面的內(nèi)環(huán)邊緣與第二折射面的外環(huán)邊緣相接。

折反射超廣角成像系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)慕欠糯蟊堵室詳U(kuò)大視場(chǎng)。本光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)視場(chǎng)為±30°至±90°，焦距為3mm。設(shè)計(jì)時(shí)主要兼顧系統(tǒng)焦距和結(jié)構(gòu)尺寸的要求，在各視場(chǎng)光路無遮攔的前提下進(jìn)行像差校正。折反射鏡組沒有進(jìn)行獨(dú)立校像差設(shè)計(jì)，而是允許系統(tǒng)保留一定量的正場(chǎng)曲，從而有利于整個(gè)全景系統(tǒng)的像差平衡。中繼鏡是一個(gè)大相對(duì)孔徑，中等視場(chǎng)的光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)光線會(huì)聚作用強(qiáng)烈，容易產(chǎn)生負(fù)場(chǎng)曲，可以與反射鏡組殘余的正場(chǎng)曲平衡。另外，要適當(dāng)控制正場(chǎng)曲的殘余量，同時(shí)，折反射超廣角成像系統(tǒng)屬于大像差系統(tǒng)，為減少各像差高級(jí)量，應(yīng)盡量控制初級(jí)像差。設(shè)計(jì)初始結(jié)構(gòu)時(shí)，為避免產(chǎn)生大量的像散、場(chǎng)曲，需使兩反射面的曲率半徑近似相等。

在一較佳實(shí)施方案中，折反射第一透鏡21具有第一折射面12和第二內(nèi)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(nèi)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(nèi)反射面13和第二折射面16；第一內(nèi)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(dāng)倍率成像到像面上。要保證光瞳匹配，并將光學(xué)系統(tǒng)像差校正到一定狀態(tài)以便與折反射鏡組像差相互平衡。另外，中繼鏡組結(jié)構(gòu)緊湊，透鏡間不宜分離過遠(yuǎn)。雖然前組光線高度略大，但后組已承擔(dān)部分光焦度，受系統(tǒng)入瞳距限制，前組不適合再引入負(fù)光焦度。

中繼鏡組具體布置如下，具體參數(shù)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(yōu)選實(shí)施方案中，折反射鏡組中所述連接面為平面。

在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，第一內(nèi)反射面13和第二內(nèi)反射面14鍍高反膜。第一折射面12、第二折射面16鍍?cè)鐾改ぁ?/p>

像面處設(shè)置探測(cè)器接收光學(xué)圖像，探測(cè)器接收的光學(xué)圖像為環(huán)形，反映的景物是垂直于鏡頭軸線的360°全景。探測(cè)器靶面若大于9.5mm×9.5mm，則可接收到完整的環(huán)形圖像，對(duì)應(yīng)360°全景視場(chǎng)。探測(cè)器靶面若為9.5mm×4.8mm，則偏心安裝，可滿足半環(huán)形成像，對(duì)應(yīng)180°視場(chǎng)。

表1折反射超廣角成像系統(tǒng)光學(xué)數(shù)據(jù)

上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)、方法及其相似變化方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍。