[發(fā)明專(zhuān)利]廣角物鏡系統(tǒng)和照相機(jī)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710140902.5
• 申請(qǐng)日: 2007-08-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101122672A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 維爾納·朗;米夏埃兒·維茨克;克勞斯·埃克勒;托馬斯·賴(lài)因哈德
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 梅克拉－朗兩合公司
• 主分類(lèi)號(hào): G02B13/06
• 分類(lèi)號(hào): G02B13/06;G02B9/04;G02B13/18;G02B27/00;G02B3/00;B60R1/00;B60R11/00
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王玉雙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種廣角物鏡系統(tǒng)及帶有這種廣角透鏡系統(tǒng)的廣角照相機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

當(dāng)今，機(jī)動(dòng)車(chē)輛，特別商用車(chē)輛，越來(lái)越多地安裝照相機(jī)以便監(jiān)控車(chē)輛周?chē)膮^(qū)域。用于這種用途的全景照相機(jī)剛性地固定于車(chē)輛上，以使照相機(jī)必須包括寬的視域或廣角視野。為此目的，通常安裝具有價(jià)格較便宜的廣角透鏡系統(tǒng)的照相機(jī)。

這些廣角物鏡包括100°或100°以上的很寬的視場(chǎng)角。然而，這種大的視場(chǎng)角，即這種寬廣的觀察范圍，必須以顯示圖像的外側(cè)邊緣中產(chǎn)生相當(dāng)大的失真和降低的亮度為代價(jià)。“失真”或“圖像失真”是指物體的邊緣區(qū)域中的直線(xiàn)在產(chǎn)生的圖像中顯示為曲線(xiàn)。重要的是區(qū)別桶形失真和枕形失真。廣角透鏡系統(tǒng)通常顯示桶形失真，即表示為正圖(positive?figure)。請(qǐng)看圖3，其示出了正反圖像失真的實(shí)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(guī)律，只考慮徑向失真，即只考慮沿著徑向距離的長(zhǎng)度變化。在本申請(qǐng)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(chǎn)生的圖像中出現(xiàn)許多誤差或像差，它們被稱(chēng)為“七種賽德?tīng)栂癫?Seidel?Aberrations)”，參見(jiàn)賽德?tīng)栒`差理論(Seidel?Error?Theory)。這七種賽德?tīng)栂癫羁山M合成三組：

I)聚焦像差

a)球面像差(近軸光線(xiàn)與邊際光線(xiàn)的差別)，

b)彗差(面狀光(light?patching)，帶有成串的拖尾)，

c)像散(在多點(diǎn)形成焦線(xiàn))；

II)位置像差

d)場(chǎng)曲(由圖像接收器的曲面產(chǎn)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(tǒng)的各透鏡具有各種性能參數(shù)，如玻璃的類(lèi)型、由兩個(gè)透鏡表面的半徑表示的曲率和透鏡厚度。物鏡系統(tǒng)中的多個(gè)透鏡的設(shè)置結(jié)構(gòu)特征在于一個(gè)透鏡距另一個(gè)透鏡的間距、光圈的位置和后焦點(diǎn)，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(chēng)為參數(shù)或者自由度。理論上，可使用這些自由度中每一個(gè)來(lái)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(guò)按照慣例使用光學(xué)軟件，可以計(jì)算各單個(gè)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(guān)實(shí)例來(lái)說(shuō)明光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員的工作方法。這個(gè)實(shí)例非常重要，因?yàn)樗榻B了光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員如何行動(dòng)的構(gòu)思并且它表明光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性仍然是決定性的。可以利用最少八個(gè)自主系統(tǒng)參數(shù)來(lái)校正這七種像差。焦距也是這樣一種參數(shù)。就原理而言，三合透鏡即三透鏡物鏡足以進(jìn)行這種校正。三合透鏡通常由兩個(gè)例如由冕玻璃制成的外側(cè)會(huì)聚構(gòu)件和一個(gè)例如由燧石玻璃制成的內(nèi)側(cè)發(fā)散構(gòu)件組成。這種裝置提供了六個(gè)半徑和單個(gè)透鏡之間的兩個(gè)距離。首先，光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員匯集光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)如玻璃的類(lèi)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(gè)透鏡表面，現(xiàn)在可以確定各透鏡表面對(duì)最終圖像的總像差的影響達(dá)到什么程度。很簡(jiǎn)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(chǎn)生球形像差和色像差，而第三透鏡表面的半徑產(chǎn)生彗差和像散。

光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在必須對(duì)如何校正這些像差做出決定。他可設(shè)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(yīng)改變。曲率的改變可減小球面像差但同時(shí)彗差將增大。設(shè)計(jì)人員也可以決定將校正分配在多個(gè)系統(tǒng)參數(shù)上以便改進(jìn)誤差敏感度。如果一個(gè)特定的參數(shù)對(duì)于校正特定像差是極具決定性的，那么在生產(chǎn)透鏡系統(tǒng)期間，在所述參數(shù)超過(guò)容許的公差或余隙范圍之外時(shí)，就會(huì)遇到麻煩。或者，也可以決定將該余隙規(guī)定得十分細(xì)微并且在透鏡系統(tǒng)生產(chǎn)中不能觀察到。

光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員將會(huì)改變系統(tǒng)參數(shù)直至使剩下的光學(xué)像差足夠小。在另外的步驟中，他將會(huì)試圖同時(shí)利用不同的自由度校正各圖像像差。于是，校正的任務(wù)可被分散在各個(gè)透鏡表面上并且整個(gè)系統(tǒng)不再是不滿(mǎn)意的。在特定限制內(nèi)，光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員可以指定玻璃類(lèi)型和曲度，但是每種選定的組合產(chǎn)生另一個(gè)方面的總校正。如果三合透鏡設(shè)置成接近于預(yù)定要求，則設(shè)計(jì)人員可以例如確定在圖像邊緣的像散幾乎消失，而是看來(lái)似乎在內(nèi)側(cè)視野中起重要作用。在這一點(diǎn)上，我們遇到了新問(wèn)題。不幸地，光學(xué)像差并非只有上述的七種賽德?tīng)栂癫睢①惖聽(tīng)栂癫顦?biāo)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(dāng)?shù)谝唤M、“第三階”像差得到正確地校正時(shí)才會(huì)遇到。