[發明專利]廣角物鏡系統和照相機

無效

• 申請號: 200710140901.0
• 申請日: 2007-08-10
• 公開（公告）號: CN101174020A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 維爾納·朗;米夏埃兒·維茨克;克勞斯·埃克勒;托馬斯·賴因哈德
• 申請（專利權）人: 梅克拉－朗兩合公司
• 主分類號: G02B13/06
• 分類號: G02B13/06;G02B3/00;G02B9/04;G02B13/18;G02B27/00;B60R1/00;B60R11/00
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 王玉雙

技術領域

本發明涉及一種廣角物鏡系統及帶有這種廣角透鏡系統的廣角照相機系統。

背景技術

當今，機動車輛，特別商用車輛，越來越多地安裝照相機以便監控車輛周圍的區域。用于這種用途的全景照相機剛性地固定于車輛上，以使照相機必須包括寬的視域或廣角視野。為此目的，通常安裝具有價格較便宜的廣角透鏡系統的照相機。

這些廣角物鏡包括100°或100°以上的很寬的視場角。然而，這種大的視場角，即這種寬廣的觀察范圍，必須以顯示圖像的外側邊緣中產生相當大的失真和降低的亮度為代價。“失真”或“圖像失真”是指物體的邊緣區域中的直線在產生的圖像中顯示為曲線。重要的是區別桶形失真和枕形失真。廣角透鏡系統通常顯示桶形失真，即表示為正圖(positive?figure)。請看圖3，其示出了正反圖像失真的實例。圖像失真可以表示為其中y′表示在未失真情況下的圖像的高度，而y表示帶有像差的圖像的高度。按一般規律，只考慮徑向失真，即只考慮沿著徑向距離的長度變化。在本申請中，失真的％值表示這種徑向的圖像失真。

在包括物鏡特別是廣角物鏡之處，所產生的圖像中出現許多誤差或像差，它們被稱為“七種賽德爾像差(Seidel?Aberrations)”，參見賽德爾誤差理論(Seidel?Error?Theory)。這七種賽德爾像差可組合成三組：

I)聚焦像差

a)球面像差(近軸光線與邊際光線的差別)，

b)彗差(面狀光(light?patching)，帶有成串的拖尾)，

c)像散(在多點形成焦線)；

II)位置像差

d)場曲(由圖像接收器的曲面產生)，

e)失真(凸形或凹形輪廓或者桶形或枕形輪廓)，

III)色差

f)縱向色差

g)橫向色差

物鏡系統的各透鏡具有各種性能參數，如玻璃的類型、由兩個透鏡表面的半徑表示的曲率和透鏡厚度。物鏡系統中的多個透鏡的設置結構特征在于一個透鏡距另一個透鏡的間距、光圈的位置和后焦點，即最后的透鏡表面到記錄圖像的平面的距離。這些特征被稱為參數或者自由度。理論上，可使用這些自由度中每一個來校正圖像像差。與其相反，各自由度都參與形成所有圖像像差。通過按照慣例使用光學軟件，可以計算各單個透鏡表面的、成比例的圖像像差。

在下文中，將借助于一種相關實例來說明光學器件設計人員的工作方法。這個實例非常重要，因為它介紹了光學器件設計人員如何行動的構思并且它表明光學器件設計人員的創造性仍然是決定性的。可以利用最少八個自主系統參數來校正這七種像差。焦距也是這樣一種參數。就原理而言，三合透鏡即三透鏡物鏡足以進行這種校正。三合透鏡通常由兩個例如由冕玻璃制成的外側會聚構件和一個例如由燧石玻璃制成的內側發散構件組成。這種裝置提供了六個半徑和單個透鏡之間的兩個距離。首先，光學器件設計人員匯集光學系統參數如玻璃的類型、透鏡的厚度、透鏡之間的間距以及玻璃表面的曲率半徑。我們具有六個透鏡表面，現在可以確定各透鏡表面對最終圖像的總像差的影響達到什么程度。很簡單，我們可以確定，在一種給定情況下，第一透鏡的第二表面的半徑產生球形像差和色像差，而第三透鏡表面的半徑產生彗差和像散。

光學器件設計人員現在必須對如何校正這些像差做出決定。他可設法改變第一透鏡的曲率以便校正球面像差。然而，透鏡的曲率也決定著焦距并且所述焦距不應改變。曲率的改變可減小球面像差但同時彗差將增大。設計人員也可以決定將校正分配在多個系統參數上以便改進誤差敏感度。如果一個特定的參數對于校正特定像差是極具決定性的，那么在生產透鏡系統期間，在所述參數超過容許的公差或余隙范圍之外時，就會遇到麻煩。或者，也可以決定將該余隙規定得十分細微并且在透鏡系統生產中不能觀察到。

光學器件設計人員將會改變系統參數直至使剩下的光學像差足夠小。在另外的步驟中，他將會試圖同時利用不同的自由度校正各圖像像差。于是，校正的任務可被分散在各個透鏡表面上并且整個系統不再是不滿意的。在特定限制內，光學器件設計人員可以指定玻璃類型和曲度，但是每種選定的組合產生另一個方面的總校正。如果三合透鏡設置成接近于預定要求，則設計人員可以例如確定在圖像邊緣的像散幾乎消失，而是看來似乎在內側視野中起重要作用。在這一點上，我們遇到了新問題。不幸地，光學像差并非只有上述的七種賽德爾像差。將賽德爾像差標示為“第三階圖像像差”。邏輯上，存在更多的高階像差。其中，最重要的是第五階像差和第七階像差。這些像差組通常只有當第一組、“第三階”像差得到正確地校正時才會遇到。