一种具有双光路系统的全景成像镜头的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及成像镜头技术领域，尤其涉及一种具有双光路系统的全景成像镜头。
【背景技术】
[0002]全景环带光学镜头的光学视场可以认为是由两个方向的光学视场组成。在笛卡尔极坐标系内，一个方向的光学视场位于Χ0Υ平面内，即方位角方向的视场大小为360° ;而另一个方向的光学视场的大小为系统俯仰角度差值。这样的环带光学镜头能够对在Χ0Υ平面中的360°环带视场内的景物成像，达到特殊的全景成像效果。
[0003]目前，全景环带镜头的形式有多种，主要包括折射式与反射式。反射式全景环带镜头包括两片反射式全景镜头。图1为示出现有的两片(二次)反射式全景镜头的主要结构及中央盲区视场的示意图。如图所示，两片反射式全景镜头从物侧依次包括第1凹面反射镜11、第2凹面反射镜12以及中继透镜组13。第1凹面反射镜11的中央具有圆孔14。第1凹面反射镜11与第2凹面反射镜12以光轴0(光学系统的对称轴)为中心旋转对称。
[0004]如图1所示，在全景成像时，通常视场中的光线(光线I)经由第1凹面反射镜11反射至第2凹面反射镜12，再由第1凹面反射镜12反射通过凹面反射镜11中央的圆孔14，并通过该圆孔14后方的中继透镜组13进行像差校准，然后在焦平面15上成像。
[0005]但是，由于第2凹面反射镜12自身尺寸的限制，使得图中所示的入射光线II与入射光线III所围成的阴影区域中物体发出的光线无法经过上述二次反射而在焦平面上成像。这样，在位于焦平面上的探测器(未图示)中央有一块圆形区域上没有光线聚焦，从而最终获得的视场图像为一个圆环(环带)，而环带的正中心成为了盲区(黑斑)。也就是说，图1中所示中央光轴0与入射光线II所成的夹角α即为所述中央视场盲区的范围。黑斑的尺寸取决于第2凹面反射镜12的尺寸及焦平面26与第2凹面反射镜12之间的距离。通常情况下，第2凹面反射镜12的尺寸越小，焦平面26与第2凹面反射镜12之间距离越大，所得黑斑的直径越小；反之，则黑斑的直径越大。因此这一中央盲区不仅影响成像的完整、美观，同时也导致安防、监视等实际应用领域中的安全性大大降低了。
[0006]另外，本发明者发现了上述全景环带镜头中的一个光学现象，即通常视场中的光线(光线I)经由第1凹面反射镜11反射至第2凹面反射镜12，再由第2凹面反射镜12反射时，第2凹面反射镜12的反射面的中央圆形区域部分并未作为反射面被利用，也就是说该中央圆形区域部分没有反射光线。基于该发现，本发明者经过锐意研究，提出了一种能够补偿原中央盲区的具有双光路系统互补式的全景成像镜头。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的是在现有全景环带成像镜头的基础上，提供一种结构简单、成本低廉、体积小巧、具有双光路系统互补式的无中央盲区的的全景成像镜头。
[0008]本实用新型的具有双光路系统的全景成像镜头，从物侧起沿着光轴方向依次包括:透镜组(22)，第二凹面反射镜(23)以及第一凹面反射镜(24)，所述第二凹面反射镜的中央具有第二圆孔(231)，所述第一凹面反射镜(24)的中央具有第一圆孔(241)，所述透镜组(22)、所述第二凹面反射镜(23)与所述第一凹面反射镜(24)以光轴为旋转对称轴，其中，所述透镜组(22)由多片圆形凸透镜或凹透镜组成，用于会聚第一视场中即原中央盲区内的物体发出的光线，并使所述光线依次穿过所述第二凹面反射镜(23)的第二圆孔(231)以及第一的凹面反射镜(24)的第一圆孔(241)，从而来自所述透镜组(22)的所述光线在焦平面上成像；
[0009]所述第一凹面反射镜(24)用于将第二视场中即原中央盲区外的物体发出的光线反射至所述第二凹面反射镜(23);
[0010]所述第二凹面反射镜(23)用于将来自所述第一凹面反射镜(24)的反射光线反射并穿过所述第一凹面反射镜(24)的第一圆孔(241)，从而所述自所述第一凹面反射镜(24)的光线在焦平面上成像。
[0011]本实用新型的具有双光路系统的全景成像镜头具有以下有益效果。
[0012]根据本实用新型，在所述镜头的光学视场中，由于透镜组与第二反射镜对视场的补偿，相对于一般现有的全景环带成像镜头，本实用新型能够真正实现360度全景无中央盲区(死角)成像。并且，本实用新型在现有全景成像镜头的基础上引入透镜组及第二反射镜，因而结构简单、成本低廉、体积紧凑小巧。
[0013]根据本实用新型，在所述镜头的光学视场中，光线只经过里两面高反镜或高透镜，能量损耗相对较低，光学效率足以达到探测要求。
【附图说明】
[0014]图1为示出现有的两片反射式全景镜头的主要结构及中央盲区视场的示意图。
[0015]图2(a)为根据本实用新型一实施例的具有双光路系统的全景成像镜头的光学结构示意图，图2(b)为图2(a)的局部放大图。
[0016]图3 (a)为一■次反射光路不意图，图3 (b)为中央透射光路不意图。
[0017]图4为根据本实用新型一实施例的具有双光路系统的全景成像镜头的中央视场光路约束不意图。
[0018]图5(a)为根据本实用新型一实施例的具有双光路系统的全景成像镜头的分解示意图，图5(b)为其组合不意图。
[0019]符号说明:
[0020]11第1凹面或平面反射镜
[0021]12第2凹面反射镜
[0022]13、25 中继透镜组
[0023]14圆孔
[0024]15,26 探测元件(焦平面)
[0025]21镜头保护罩
[0026]22透镜组(中央透镜组)
[0027]23第二凹面反射镜
[0028]24第一凹面反射镜
[0029]241,231 第一圆孔、第二圆孔
[0030]27机械支撑结构
[0031]28遮光部(遮光圆筒)
【具体实施方式】
[0032]以下，将结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例并不是对本实用新型的限制。在不背离实用新型构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本实用新型中。
[0033]图2(a)为根据本实用新型一实施例的具有双光路系统的全景成像镜头的光学结构示意图，图2(b)为图2(a)的局部放大图。图4为根据本实用新型一实施例的具有双光路系统的全景成像镜头的中央视场光路约束示意图。图5(a)为根据本实用新型一实施例的具有双光路系统的全景成像镜头的分解示意图，图5(b)为其组合示意图。
[0034]如图2(a)、图2(b)，图5(a)以及图5 (b)所示，本实用新型一实施例的具有双光路系统的全景成像镜头，从物侧起沿着光轴方向依次包括:镜头保护罩21，透镜组(中央透镜组)22，设置在透镜组22外部的遮光圆筒28，中央具有圆孔231的第二凹面反射镜23，中央具有圆孔241的第一凹面反射镜24，中继透镜组25，探测元件(焦平面)26以及机械支撑结构27。上述部件均以光轴0(光学系统的对称轴)为中心旋转对称。
[0035]在位置上，以物侧为上方的情况下，第一凹面反射镜24的反射面向上，第二凹面反射镜23设置在第一凹面反射镜24的正上方，中央透镜组22设置在靠近第二凹面反射镜23中央的小孔231处。中央透镜组22，第一凹面反射镜24与第二凹面反射镜23均以光轴(光学系统的对称轴)为中心旋转对称。第二凹面反射镜23的反射面与所述第一凹面反射镜24的反射面相对，中继透镜组25设置于第一凹面反射镜24的正下方，位于第一凹面反射镜24与探测元件26之间。
[0036]下面对上述部件进行逐一详细说明。
[0037]透镜组22用于会聚第一视场中即原中央盲区内的物体发出的光线，并使所述光线依次穿过所述第二凹面反射镜23的第二圆孔231以及第一的凹面反射镜24的第一圆孔241，从而来自透镜组22的所述光线(也即第一视场内的光线)在焦平面26上成像。这里所述的原中央盲区是指【背景技术】中提到的现有全景成像装置所形成的中央盲区。本实用新型正是在该现有全景成像装置的基础上改进而形成的。
[0038]本实用新型中，中央透镜组22为由多片圆形凸透镜或凹透镜组成的透镜组，其透镜的数目与种类取决于成像距离，成像视场和像差的要求，可在具体设计时根据要求自行调整。通过对透镜组22的曲率半径及透镜数目与种类进行适当的设计，从而可以使得通过透镜组22的光线在焦平面26上的成像光斑直径不大于原盲区(【背景技术】中所述的中央盲区或黑斑)的直径。这样可以避免与通过第一凹面反射镜24的光线重叠成像。透镜组22的像差最优化曲率半径函数可通过计算机数值迭代来计算，固定透镜组22与第一反射镜23之间的距离、第一反射镜23的曲率半径函数，可以计算出像差最小时的透镜组22的曲率半径函数。
[0039]第一凹面反射镜24用于将第二视场即原中央盲区外的物体发出的光线反射至第二凹面反射镜23，即使【背景技术】中所述的通常视场范围内的所有光线经第一凹面反射镜24全部反射至第一凹面反射镜23，其镜面曲率半径函数可由设计者自行选择。
[0040]第二凹面反射镜23用于将来自第一凹面反射镜24的反射光线反射并穿过第一凹面反射镜24的第一圆孔241，从而来自第一凹面反射镜24的光线在焦平面上成像。第二凹面反射镜23中央的圆孔231的大小取决于成像的距离，可根据实际情况调整。第二凹面反射镜23的像差最优化曲率半径函数可通过计算机数值迭代来计算。固定第一凹面反射镜24与第二凹面反射镜23之间的距离，通过改变第二凹面反射镜23的曲率半径函数，计算对应的像差值，就可得到产生像差最小的最优化曲率半径函数。
[0041]本实施例中，第一凹面反射镜24优选为内凹圆形环带高反镜面。第二凹面反射镜23也优选为内凹圆形环带高反镜面，但其半径尺寸小于第一凹面反射镜24。
[0042]第一凹面反射镜24采用球面或非球面镜面，都能够实现成像。在对像差的要求不是很高的情况下，可以选取球面镜面，同时计算机迭代计算曲率半径函数相对简单。在对像差要求较严格的情况下，可采用非球面镜面，此时镜面曲率半径函数的计算相对复杂。
[0043]第二凹面反射镜23可以采用球面，非球面或平面镜面。采用球面、非球面、平面镜面的区别在于对像差的要求不同。
[0044]可见，本实用新型通过设置透镜组22和第二凹面反射镜23，从而将上述两路光线，即原中央盲区内的物体发出的光线(现有技术中不可成像的光线