[發(fā)明專(zhuān)利]一種長(zhǎng)焦型全景環(huán)形成像鏡頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410122304.5
• 申請(qǐng)日: 2014-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103969800B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李勁松;孟娜;馮科
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G02B13/06
• 分類(lèi)號(hào): G02B13/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)成像鏡頭技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種長(zhǎng)焦型全景環(huán)形成像鏡頭，特別是一種具有高分辨率、(40°-100°)×360°的超大視場(chǎng)和良好的成像質(zhì)量的長(zhǎng)焦型全景環(huán)形鏡頭。

背景技術(shù)

目前，現(xiàn)有的廣角成像鏡頭無(wú)法滿(mǎn)足360°全方位獲取目標(biāo)信息的要求。早期的全景成像基本都是用旋轉(zhuǎn)拼接法實(shí)現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn)拼接法包含單鏡頭旋轉(zhuǎn)掃描成像和多鏡頭凝視成像兩種形式。單鏡頭旋轉(zhuǎn)掃描成像是指通過(guò)采用單個(gè)普通的光學(xué)鏡頭繞著垂直于光軸的機(jī)械軸旋轉(zhuǎn)一周進(jìn)行全景掃描，再通過(guò)圖像拼接軟件進(jìn)行無(wú)縫隙拼接獲得全景圖像。但是單鏡頭旋轉(zhuǎn)掃描成像存在一個(gè)掃描周期，實(shí)時(shí)性比較差。多鏡頭凝視成像是采用許多相同的光學(xué)鏡頭在一周的各個(gè)方位進(jìn)行靜態(tài)拍攝，將得到的圖像進(jìn)行序列拼接來(lái)獲取全景圖像。雖然多鏡頭凝視成像是靜態(tài)拍攝，實(shí)時(shí)性相對(duì)較高，但是比較龐大，成本太高，不利于大量推廣應(yīng)用。魚(yú)眼鏡頭的視場(chǎng)一般可以達(dá)到半球，甚至超過(guò)半球。此鏡頭是傳統(tǒng)攝影鏡頭里視場(chǎng)最大的一種鏡頭，其結(jié)構(gòu)依然采用廣角鏡頭經(jīng)常使用的反遠(yuǎn)距結(jié)構(gòu)，包括負(fù)光焦度的前組和正光焦度的后組兩個(gè)部分，但是其前組和后組要比普通的廣角鏡頭復(fù)雜很多，系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度大。用魚(yú)眼鏡頭得到的圖片存在很大的桶形畸變，越靠近邊緣畸變?cè)矫黠@。單反射面折反射全景成像是在相機(jī)前添加一個(gè)反射鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)全景成像的，這種成像技術(shù)的反射鏡的面型需要滿(mǎn)足單視點(diǎn)要求。反射鏡的加工與安裝是其技術(shù)難點(diǎn)，尺寸過(guò)大是系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)。而全景環(huán)形透鏡成像是采用一個(gè)比較特殊的全景環(huán)形透鏡結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全景成像的，其結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高、尺寸可以做的很小。

目前很多領(lǐng)域的全景環(huán)形透鏡成像系統(tǒng)的分辨率都比較低，在實(shí)現(xiàn)全景成像時(shí)，分辨率是成像系統(tǒng)的一個(gè)很重要的光學(xué)性能參數(shù)。高分辨需要長(zhǎng)焦距，系統(tǒng)具有高分辨率就能夠識(shí)別距離更遠(yuǎn)和更小的物體。在遠(yuǎn)景監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測(cè)等一些高分辨場(chǎng)合，我們需要利用長(zhǎng)焦型全景環(huán)形透鏡成像結(jié)構(gòu)。

在先技術(shù)中，有一種全景成像鏡頭(參見(jiàn)“一種全景成像鏡頭”專(zhuān)利號(hào)：CN201110413581.8)具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)。但是，存在本質(zhì)不足：(1)全景環(huán)形透鏡的第一折射面和第一反射面為自由曲面，與球面相比加工難度更大，采用的PMMA工程塑料熱膨脹系數(shù)大，表面硬度較差，易于擦傷；(2)最后一塊透鏡的第一面曲率半徑比較小，軸外光線以較大的入射角進(jìn)入透鏡，過(guò)多的光能被損失，降低了像面的照度，不利于成像質(zhì)量的提高。此外，最后一塊透鏡近似平凸透鏡，厚度比較大，增加了鏡頭的重量與成本；(3)全景成像鏡頭的相對(duì)孔徑和垂直視場(chǎng)均較小，光學(xué)性能需進(jìn)一步提高；(4)系統(tǒng)的后工作距離短，不利于保護(hù)玻璃、濾光片及其它機(jī)械結(jié)構(gòu)的安裝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決已有技術(shù)所存在的問(wèn)題，提供了一種長(zhǎng)焦型全景環(huán)形成像鏡頭，具有分辨率高、視場(chǎng)大，相對(duì)孔徑大、后工作距離長(zhǎng)等特點(diǎn)；同時(shí)所采用的玻璃均為普通光學(xué)玻璃，不含氟化鈣和特種玻璃；鏡頭結(jié)構(gòu)工藝性良好，有利于加工和降低成本。

本發(fā)明的基本構(gòu)思：為了擴(kuò)大全景環(huán)形成像鏡頭的視場(chǎng)和孔徑，在單片式全景環(huán)形透鏡的基礎(chǔ)上加入膠合面，并在其后表面膠合一塊平凸透鏡形成三膠合全景環(huán)形透鏡組，采用F2、ZK7和LAF3三種玻璃搭配，再通過(guò)彎曲透鏡來(lái)充分減少透鏡組的像差。在轉(zhuǎn)像透鏡組中引入兩個(gè)雙膠合透鏡，兩個(gè)不同彎向的膠合面分別用來(lái)校正整個(gè)鏡頭的高級(jí)像散和高級(jí)軸外球差。合理分配轉(zhuǎn)像透鏡組各透鏡的光焦度，使光束在透鏡表面都以小角度入射。通過(guò)在負(fù)彎月透鏡后面密接正透鏡來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)像透鏡組主面位置，使鏡頭近似滿(mǎn)足遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)來(lái)提高像面照度均勻性和增大后工作距離。

基于以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：本發(fā)明提供的一種長(zhǎng)焦型全景環(huán)形成像鏡頭，一共由十一片球面透鏡構(gòu)成，包括全景環(huán)形透鏡組a和轉(zhuǎn)像透鏡組b。全景環(huán)形透鏡組a包括同軸且自物方至像方依次排列的：第一透鏡1、第二透鏡2和第三透鏡3；全景環(huán)形透鏡組a有6個(gè)面，且均為球面：其中14為背向物方的折射面，15為朝向物方的內(nèi)反射面，16為背向物方的膠合面，17為朝向物方的內(nèi)反射面，18為膠合面，面型為平面，19為朝向物方的折射面，14的中心內(nèi)環(huán)邊緣與15的外環(huán)邊緣相接，17的中心內(nèi)環(huán)邊緣與18的外環(huán)邊緣相接。反射面15、17鍍高反膜，折射面14、19鍍?cè)鐾改ぁ＾D(zhuǎn)像透鏡組b由8片透鏡構(gòu)成，它們繞中心光軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)，其中6、7和9、10分別膠合在一起，11為負(fù)彎月透鏡，12為正透鏡。

所述的長(zhǎng)焦型全景環(huán)形成像鏡頭，其特征在于所述的全景環(huán)形透鏡組采用三膠合全景環(huán)形透鏡結(jié)構(gòu)，即把單塊全景環(huán)形透鏡的后表面做成平面，在中間插入一個(gè)膠合面，再在后表面膠合一個(gè)平凸透鏡而形成的。