一种双镜头全景成像装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种双镜头全景成像装置，由两组单镜头光学系统组成；所述单镜头光学系统包括：等腰直角棱镜、设置在所述等腰直角棱镜一直角所对应侧面前方的第一负透镜元件、依次设置所述等腰直角棱镜另一直角所对应侧面正前方的第一正透镜元件、第二正透镜元件、第二负透镜元件、第三正透镜元件和成像平面，且所述第二正透镜元件与所述第二负透镜元件相胶合；两组单镜头光学系统的等腰直角棱镜的斜边相互贴合，组合成双镜头全景成像系统。由于利用两组单镜头光学系统实现360全景成像，并且将两组等腰直角棱镜相贴和，使整个成像装置达到超小型化，从而方便用户携带。
【专利说明】
一种双镜头全景成像装置
技术领域
[0001]本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及的是一种双镜头全景成像装置。
【背景技术】
[0002]全景光学系统已经广泛的应用于安防、机器人视觉、导航以及军事用途。对于全景光学系统目前主要采用单镜头、双镜头或多镜头等几种方案。单镜头全景光学系统近似全景，体积小且成本低，有一定市场，由于受器件存在而视场受限，因此不能做到真正意义上的360度视场无死角的全景系统。双镜头全景光学系统采用两个超鱼眼镜头拼接成全景系统，环绕360度视场无死角，成本适中，但体积相对较大。多镜头全景光学系统采用多个普通有限视场镜头拼接成全景系统，该系统同样能达到360度全视角，且系统采用普通镜头所以成本不高，但该系统采用多个镜头比较笨重，采用此方案越来越少，仅限于一些特定市场。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于为用户提供一种双镜头全景成像系统，鉴于上述现有技术的不足，可以借鉴现有技术中双镜头全景光学系统，只需要解决现有技术中双镜头全景光学系统体积相对较大的问题，即得到可以环绕360度视场无死角，成本适中且体积小的全景光学系统。本发明目的在于提供了一种双镜头全景成像装置，旨在解决目前全景成像装置中体积较大携带不方便的问题。
[0005]本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:
一种双镜头全景成像装置，其中，由两组单镜头光学系统组成；
所述单镜头光学系统包括:等腰直角棱镜、设置在所述等腰直角棱镜一直角边所对应侧面前方的第一负透镜元件、依次设置所述等腰直角棱镜另一直角边所对应侧面正前方的第一正透镜元件、第二正透镜元件、第二负透镜元件、第三正透镜元件和成像平面，且所述第二正透镜元件与所述第二负透镜元件相胶合；
两组单镜头光学系统的等腰直角棱镜的斜边相互贴合，组合成双镜头全景成像系统。
[0006]所述双镜头全景成像装置，其中，所述第一负透镜元件的中心线与所述等腰直角棱镜的中心线处于同一直线上;所述第一正透镜元件、第二正透镜元件、第二负透镜元件、第三正透镜元件的中心线处于同一直线上。
[0007]所述双镜头全景成像装置，其中，所述第一负透镜元件包括:第一凸面透镜和第一凹面透镜;所述第一凸面透镜的凸面面向物方。
[0008]所述双镜头全景成像装置，其特征在于，所述第一正透镜元件、第二正透镜元件、第二负透镜元件、第三正透镜元件和成像平面依次从下往上排列。
所述双镜头全景成像装置，其中，在所述第一正透镜元件与所述等腰直角棱镜之间还设置有光阑。
[0009]所述双镜头全景成像装置，其中，所述单镜头光学系统中光学总长范围为16mm?18mm0
[0010]所述双镜头全景成像装置，其中，两组所述单镜头光学系统中两个对称的所述第一负透镜元件中两凸面透镜中心间距为I Omm-12mm;两个对称的成像平面中心的间距为2Imm?24mm0
[0011]所述双镜头全景成像装置，其中，所述第一负透镜元件中凹面透镜在0.45-0.55之间，且第一负镜元件中凸面透镜到所述等腰直角棱镜中心点的距离小于3mm。
[0012]所述双镜头全景成像装置，其中，所述等腰直角棱镜的直角边长度小于等于6mm;
所述第一正透镜元件由第二凹面透镜和第二凸面透镜组成，且所述第二凹面透镜的曲率小于第二凸面透镜的曲率。
[0013]所述双镜头全景成像装置，其中，所述第二正透镜元件与第二负透镜元件中透镜镜片之间的阿贝数差值大于等于25。
[0014]有益效果，本发明提供了一种双镜头全景成像装置，通过两组单镜头光学系统组成;所述单镜头光学系统包括:等腰直角棱镜、设置在所述等腰直角棱镜一直角边所对应侧面前方的第一负透镜元件、依次设置所述等腰直角棱镜另一直角边所对应侧面正前方的第一正透镜元件、第二正透镜元件、第二负透镜元件、第三正透镜元件和成像平面，且所述第二正透镜元件与所述第二负透镜元件相胶合;两组单镜头光学系统的等腰直角棱镜的斜边相互贴合，组合成双镜头全景成像系统。由于利用两组单镜头光学系统实现360全景成像，并且将两组等腰直角棱镜相贴和，使整个成像装置达到超小型化，从而方便用户携带。
【附图说明】
[0015]图1是本发明所述双镜头全景成像装置的结构示意图。
[0016]图2是本发明所述单镜头光学系统的结构示意图。
[0017]图3是本发明所述单镜头光学系统的光路示意图。
[0018]图4是本发明所述双镜头全景成像装置使用ZEMAX依据具体实施例中给出的参数所获得的MTF。
[0019]图5是本发明所述双镜头全景成像装置使用ZEMAX依据具体实施例中给出的参数所获得的色差。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]本发明提供了一种双镜头全景成像装置，如图1所示，由两组单镜头光学系统I和2组成。
[0022]如图2所示，所述单镜头光学系统1(其结构与单镜头光学系统2相同)包括:等腰直角棱镜12、设置在所述等腰直角棱镜12—直角边所对应侧面前方的第一负透镜元件11、依次设置所述等腰直角棱镜12另一直角边所对应侧面正前方的第一正透镜元件13、第二正透镜元件14、第二负透镜元件15、第三正透镜元件16和成像平面，且所述第二正透镜元件14与所述第二负透镜元件15相胶合;两组单镜头光学系统的等腰直角棱镜的斜边相互贴合，组合成双镜头全景成像系统。
[0023]为了取得更好的成像效果，优选的，所述单镜头光学系统为超小型单镜头超鱼眼视场光学系统。
[0024]本领域技术人员可以想到的是，为了获取到清晰的成像，所述第一负透镜元件11的中心线与所述等腰直角棱镜12的中心线处于同一直线上;所述第一正透镜元件13、第二正透镜元件14、第二负透镜元件15、第三正透镜元件16的中心线处于同一直线上。
[0025]具体的，所述第一负透镜元件包括:第一凸面透镜和第一凹面透镜;所述第一凸面透镜的凸面面向物方。为了使整个系统的镜片口径不至于过小，在本发明中，将所述第一凹面透镜的曲率小于第一凸透镜的曲面。
[0026]由图2和图3中，所述单镜头光学系统的结构及其光路可以看出，所述第一正透镜元件13、第二正透镜元件14、第二负透镜元件15、第三正透镜元件16和成像平面19依次从下往上排列。
所述单镜头光学系统中光学总长范围为16mm~18mm。
[0027]两组所述单镜头光学系统中两个对称的所述第一负透镜元件中两凸面透镜中心间距为I Omm?12mm ；两个对称的成像平面中心的间距为2 Imm?24mm。
[0028]所述双镜头全景成像装置，其中，所述第一负透镜元件中凹面透镜在0.45-0.55之间，且第一负镜元件中凸面透镜到所述等腰直角棱镜中心点的距离小于3mm。
[0029]所述第一正透镜元件由第一凹面透镜和第二凸面透镜组成，且所述第二凹面透镜的曲率小于第二凸面透镜的曲率。
[0030]如图2和图3所示，在所述第一正透镜元件13与所述等腰直角棱镜12之间还设置有光阑17。在所述第一正透镜元件与所述等腰直角棱镜之间还设置有光阑。在等腰直角棱镜与第一正透镜元件之间放置一光阑，为了保持等腰直角棱镜转像后整个系统的小型化和考虑整个系统像差的校正。光阑的主轴垂直于等腰直角棱镜的第二直角边，且第一正透镜元件面向光阑的凹面中点、光阑中点、棱镜第二直角边中点在同一平面上。光阑、第一正透镜元件、第二正透镜元件、第二负透镜元件、第三正透镜元件和成像平面各主轴重合。在具体实施例中，光阑距离等腰直角棱镜第二直角边的距离为0.138mm，光阑离第一正透镜元件凹面的距离为0.359mm。
[0031]在光阑之后放置一个第一正透镜元件，且所述第一正透镜元件的第一凹面透镜的曲率小于凸面透镜的曲率，该第一正透镜元件加入是为使这个光学系统经过光阑之后的镜片不至于过小而不利于加工。第一正透镜元件为一个型号为H-ZLAF5?玻璃材质的正透镜，由一个凹面和一个凸面组成，凹面面向棱镜的第二直角边，凸面面向第二正透镜元件;光路系统中第一正透镜元件中凹面的曲率半径为15.937mm，凸面的曲率半径为3.6mm，且第一正透镜元件的凹面顶点与第一正透镜元件的凸面顶点间厚度为2.263mm。
[0032]一个由第二正透镜元件与第二负透镜元件胶合形成的为正透镜的双胶合透镜组合放置在第一正透镜元件之后，该双胶合透镜组合是为了校正整个光学系统的色差。第一正透镜元件凸面顶点与第二正透镜元件第一凸面顶点的距离为0.1mm。第二正透镜元件为一个型号为H-LAK53A玻璃材质的正透镜，由两个凸面组成，该第二正透镜元件中第一凸面的曲率半径为3.481mm，第二凸面的曲率半径为2.631mm，且第二正透镜元件的第一凸面顶点与第二正透镜元件的第二凸面顶点间厚度为1.801mm。第二负透镜元件为一个型号为H-ZF52A玻璃材质的负透镜，由两个凹面组成，该第二负透镜元件中第一凸面的曲率半径与第二正透镜元件第二凸面的曲率半径相同，即曲率半径为2.631mm，第二负透镜元件中第二凹面的曲率半径为3.757mm，且第二负透镜元件的第一凹面顶点与第二负透镜元件的第二凹面顶点间厚度为0.725mm。
[0033]一个第三正透镜元件置于双胶合透镜组合之后，该第三正透镜元件是为了校正整个光学系统像差且保证足够的工作空间。第二负透镜元件第二凹面顶点与第五元件第一凸面顶点的距离为0.1mm。第三正透镜元件为一个型号为H-ZPK2A玻璃材质的正透镜，由两个凸面组成，该第三正透镜元件中第一凸面的曲率半径为3.281mm，第二凸面的曲率半径为
11.326mm，且第三正透镜元件的第一凸面顶点与第三正透镜元件的第二凸面顶点间厚度为1.513mm0
[0034]在第三正透镜元件之后放置一个成像平面19对光学系统成像进行显示，为了获取更好的成像效果，在成像平面19前方还设置有滤光片18。该成像平面19为一个型号为H-K9L的平面玻璃，第三正透镜元件第二凸面与成像平面的距离为0.731mm。
[0035]为了使该全景光学系统小型化，在棱镜转像之前只放置了一个第一负透镜元件，且控制第一负透镜元件厚度加镜片到棱镜距离dl小于3mm;在选择等腰直角棱镜时应该考虑等腰直角棱镜的直角边长度a小于等6_;该超小型单镜头超鱼眼视场光学系统中光学总长范围TTL应控制在16_?18_;两组超小型单镜头超鱼眼视场光学系统中两个对称的第一负透镜元件两凸面间距d2为I Omm?12mm,两个对称的成像平面的间距d3为2 Imm?24mm。
[0036]考虑到200度视场角范围成像，将第一负透镜元件中第一凹面透镜的曲率kl在
0.45-0.55之间。
[0037]为了校正这个光学系统的色差，所述第二正透镜元件与第二负透镜元件中透镜镜片之间的阿贝数差值大于等于25。
[0038]设计的光学系统满足上述这些条件光学参数控制条件，则能够实现本发明的超小型双镜头全景光学系统。
[0039]下面运用Zemax光学软件给出的各个光学参数对该光学系统中进行解释，具体实施例中对全景光学系统中所有光学元件进行以下参数设定:
a=3mm;
dl=3.09mm; d2=12.19mm; d3=21.46mm; kl=0.51;k2=0.06;k3=0.28;
Δvd=28.54 TTL=16.83mm;
上述参数中，a为等腰直角棱镜直角边的长度，kl第一凹面透镜的曲率，k2为第二凹面透镜的曲率，k3为第二凸面透镜的曲率，dl为第一负透镜元件厚度加镜片到棱镜距离、d2为两组单镜头光学系统中两个对称的第一负透镜元件中两凸面透镜的中心间距、d3为两个对称的成像平面的间距，A vd为第二正透镜元件与第二负透镜元件中镜片之间的阿贝数差值，TTL为光系统的总长度。
[0040]在本实施例中，结合图3，所述第一负透镜元件为一个型号为H-ZLAF55D玻璃材质的负透镜，位于超小型单镜头超鱼眼视场光学系统的最左边，由一个凸面和一个凹面组成，凸面面向物面，凹面面向等腰直角棱镜的一个直角边;光路系统中第一负透镜元件中第一凸面透镜的曲率半径为18.66mm，第一凹面透镜的曲率半径为1.96mm，且第一负透镜元件的凸面顶点与第一负透镜元件的凹面顶点间厚度为1.67_，第一负透镜元件的口径的范围为1mm?12mm。第一负透镜元件的凸面透镜顶点、凹面透镜顶点及等腰直角棱镜的直角边中点在同一平面上，第一负透镜元件的主轴垂直于凹面面向的棱镜的第一直角边，凹面顶点与等腰直角棱镜第一直角边中点距离为1.42mm。等腰直角棱镜位于第一负透镜元件之后，该棱镜型号为H-ZF52A玻璃材质的等腰直角棱镜，等腰直角棱镜的两个直角边的边长为设置为6mm ο
[0041]具体实施例中这些数值满足实现本发明的超小型双镜头全景光学系统的光学参数控制条件。从图4中可以看出不同的镜头视角得到的不同的MTF曲线，图5分别为采用上述设置参数的到成像的横向色差，从图4和图5中可以看出本发明所提供的全景成像装置可以得到很好的成像效果。
[0042]上述各透镜组合成为一组单镜头光学系统，两组单镜头光学系统组成一种超小型双镜头全景成像系统。两组超小型单镜头光学系统中两个等腰直角棱镜的斜边进行粘合形成一个正方形的棱镜组合;两个超小型单镜头超鱼眼视场光学系统中其他元件以这个棱镜组合的中心线进行镜像对称排列。
[0043]有益效果，在棱镜转像之前只放置了一个第一负透镜元件，且控制第一负透镜元件与棱镜的距离，使得第一负透镜元件厚度加镜片到棱镜距离小于3mm，为了使该全景光学系统小型化;考虑到200度视场角范围成像，将第一负透镜元件中凹面的曲率在0.45-0.55之间。加入光阑是为了保持棱镜转像后整个系统的小型化和考虑整个系统像差的校正。由第二正透镜元件与第二负透镜元件胶合形成的为正透镜的双胶合透镜组合，为了校正整个光学系统的色差。第三正透镜元件是为了校正整个光学系统像差且保证足够的工作空间。
[0044]可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种双镜头全景成像装置，其特征在于，由两组单镜头光学系统组成； 所述单镜头光学系统包括:等腰直角棱镜、设置在所述等腰直角棱镜一直角边所对应侧面前方的第一负透镜元件、依次设置所述等腰直角棱镜另一直角边所对应侧面正前方的第一正透镜元件、第二正透镜元件、第二负透镜元件、第三正透镜元件和成像平面，且所述第二正透镜元件与所述第二负透镜元件相胶合； 两组单镜头光学系统的等腰直角棱镜的斜边相互贴合，组合成双镜头全景成像系统。2.根据权利要求1所述双镜头全景成像装置，其特征在于，所述第一负透镜元件的中心线与所述等腰直角棱镜的中心线处于同一直线上;所述第一正透镜元件、第二正透镜元件、第二负透镜元件、第三正透镜元件的中心线处于同一直线上。3.根据权利要求2所述双镜头全景成像装置，其特征在于，所述第一负透镜元件包括:第一凸面透镜和第一凹面透镜;所述第一凸面透镜的凸面面向物方。4.根据权利要求1-3任一项所述双镜头全景成像装置，其特征在于，所述第一正透镜元件、第二正透镜元件、第二负透镜元件、第三正透镜元件和成像平面依次从下往上排列。5.根据权利要求1-3任一项所述双镜头全景成像装置，其特征在于，在所述第一正透镜元件与所述等腰直角棱镜之间还设置有光阑。6.根据权利要求1-3任一项所述双镜头全景成像装置，其特征在于，所述单镜头光学系统中光学总长范围为16mm?18mm。7.根据权利要求1-3任一项所述双镜头全景成像装置，其特征在于，两组所述单镜头光学系统中两个对称的所述第一负透镜元件中两凸面透镜中心间距为1mm?12mm;两个对称的成像平面中心的间距为2 Imm?24mm。8.根据权利要求1-3任一项所述双镜头全景成像装置，其特征在于，所述第一负透镜元件中凹面透镜在0.45-0.55之间，且第一负镜元件中凸面透镜到所述等腰直角棱镜中心点的距离小于3mm。9.根据权利要求1所述双镜头全景成像装置，其特征在于，所述等腰直角棱镜的直角边长度小于等于6mm; 所述第一正透镜元件由第二凹面透镜和第二凸面透镜组成，且所述第二凹面透镜的曲率小于第二凸面透镜的曲率。10.根据权利要求1所述双镜头全景成像装置，其特征在于，所述第二正透镜元件与第二负透镜元件中透镜镜片之间的阿贝数差值大于等于25。
【文档编号】G02B13/06GK105866931SQ201610356950
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】龙刚, 林宋伟, 李斐, 孙森林, 姚南, 方文彪
【申请人】深圳市保千里电子有限公司