一种折反拼接式广角镜头的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种折反拼接式广角镜头，通过采用透射镜组和中继镜组构成第一重结构，对物面的中心视场进行成像；通过采用反射镜组和中继镜组构成第二结构对物面的边缘视场进行成像，使得本发明的广角镜头获得更大的视场信息；相比于现有的鱼眼镜头，由于采用第二重结构获得边缘视场，因此可获得更高分辨率的边缘视场；由于第一重结构和第二重结构相互独立，可以通过分别调整焦距的大小来控制两部分像面的大小，以满足不同用户的需求，因此本发明的适用范围广泛；通过调整中继镜组的参数数据，使得第一重结构所成的圆形像面和第二重结构所成的环形像面之间具有间隔，同时可调整间隔的大小，可允许用户分别获得两个视场区域的图像，方便用户使用。
【专利说明】一种折反拼接式广角镜头
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学系统和器件设计领域，具体涉及一种折反拼接式广角镜头。
【背景技术】
[0002]现有的广角镜头一般包括全景镜头或者鱼眼镜头，如图1所示，全景镜头通常利用全景透镜组的反射结构与中继透镜组相配合，以获得环绕光学透镜光轴360度环场的全景光线，然而，在此种光路设计中，全景透镜组的反射结构阻挡了光轴中心区域附近的光线进入，使得全景镜头仅能获得视场角较大部分的一个环场区域信息，因此无法完全达到全视场区域的获取，如图2所示，普通鱼眼镜头虽然能获取较大视场的全部信息，但其畸变较大，导致边缘视场采样较少，不利于还原事物本身。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供了一种可以获得超大视场角信息且边缘视场采样充分的折反拼接式广角镜头，通过采用透射镜组和中继镜组组成第一重结构获得中心视场的图像，通过采用反射镜组和中继镜组组成第二重结构获得边缘视场的图像，两重结构具有不同的焦距，最终可获取大视场信息和高分辨率的边缘视场。
[0004]本发明的一种折反拼接式广角镜头，包括透射镜组、反射镜组和中继镜组，所述透射镜组用于将中心视场的光线透射并会聚至所述中继镜组，所述反射镜组用于将边缘视场的光线反射并会聚至所述中继镜组，所述中继镜组用于将中心视场的光线聚焦于像面中心的圆形区域内，将边缘视场的光线聚焦于所述像面边缘的环形区域内，所述圆形区域的大小变化根据用户的需求由所述的透射镜组的焦距调整，所述环形区域的大小变化根据用户的需求由所述反射镜组的焦距调整。
[0005]所述透射镜组、反射镜组和中继镜组从物端到像端依次排列，其中所述透射镜组包括从物端到像端依次排列的负弯月透镜(11)、由负透镜和正透镜组成的第一双胶合透镜
(12)、由正透镜和负透镜组合而成的第二双胶合透镜(13)以及非球面负透镜(14)；
[0006]所述反射镜组包括从物端到像端依次排列的第二反射镜(22)和第一反射镜
(21)，两片反射镜均为环形；
[0007]所述中继镜组包括从物端到像端依次排列的第一光阑(SI)、第一球面负透镜
(31)、第二球面负透镜(32)、由正透镜和负透镜组成的第三双胶合球面透镜(33)、由正透镜和负透镜组成的第四双胶合球面透镜(34)以及非球面透镜(35);所述非球面透镜(35)的中心为正透镜，边缘为环形的负透镜；
[0008]所述负弯月透镜(11)接收中心视场的光线并依次经第一双胶合透镜(12)、第二双胶合透镜(13)以及非球面负透镜(14)的透射和会聚，中心视场光线最后透过第一光阑
(SI)被会聚至所述第一球面负透镜(31)的中心区域；经透射镜组会聚后的中心视场光线依次经第一球面负透镜(31)、第二球面负透镜(32)、第三双胶合球面透镜(33)和第四双胶合球面透镜(34)透射至非球面透镜(35)中心的正透镜上，经所述正透镜成像于像面的中心区域；所述第一反射镜(21)接收视场边缘的光线并反射至第二反射镜(22)，第二反射镜
(22)再将其通过第一光阑(SI)反射至所述第一球面负透镜(31)的边缘区域；经反射镜组反射后的边缘视场光线依次经第一球面负透镜(31)、第二球面负透镜(32)、第三双胶合球面透镜(33)和第四双胶合球面透镜(34)透射至非球面透镜(35)边缘的负透镜上，经所述负透镜成像于像面的边缘区域。
[0009]所述像面上的圆形区域和环形区域的中间间隔根据用户需求通过调节由透射镜组和中继镜组组成的第一重结构以及由反射镜组和中继镜组组成的第二重结构的焦距实现。
[0010]所述第二反射镜(22)的环形内圆与非球面负透镜(14)的圆形边缘相接，且加工时一体成型。
[0011]所述透射镜组、反射镜组和中继镜组从物端到像端依次排列，其中所述透射镜组包括沿光线传播方向依次排列的第三球面负透镜(LI)和第一球面正透镜(L2)；
[0012]所述反射镜组包括沿光线传播方向依次排列的第四反射镜(R2)和第三反射镜(Rl)，两片反射镜均为环形；
[0013]所述中继镜组包括沿光线传播方向依次排列的第二光阑(S2)，第四球面负透镜(L3)，第二球面正透镜(L4)，第三球面正透镜(L5)，第四球面正透镜(L6)、第五球面正透镜(L7)和第五球面负透镜(L8)；
[0014]所述第三球面负透镜(LI)接收中心视场的光线并会聚至第一球面正透镜(L2)，所述第一球面正透镜(L2)将中心视场光线再进行会聚，中心视场光线最后透过第二光阑
(S2)被会聚至所述第四球面负透镜(L3)的中心区域；经透射镜组会聚后的中心视场光线依次经第四球面负透镜(L3)，第二球面正透镜(L4)，第三球面正透镜(L5)，第四球面正透镜(L6)、第五球面正透镜(L7)和第五球面负透镜(L8)透射并成像于像面的中心区域；
[0015]所述第三反射镜(Rl)接收视场边缘的光线并反射至第四反射镜(R2)，第四反射镜(R2)再将其透过第二光阑(S2)反射至所述第四球面负透镜(L3)的边缘区域；经反射镜组会聚后的边缘视场光线依次经所述中继镜组中的5片透镜的透射并成像于像面的边缘区域。
[0016]所述第四反射镜(R2)设置在第三球面负透镜(LI)和光阑之间的环形边缘。
[0017]所述光学表面中的非球面镜均采用型号为A5514_55塑料加工。
[0018]本发明具有如下有益效果:
[0019]1、本发明通过采用透射镜组和中继镜组构成第一重结构，对物面的中心视场进行成像，同时，通过采用反射镜组和中继镜组构成第二结构对物面的边缘视场进行成像，使得本发明的广角镜头获得更大的视场信息；相比于现有的鱼眼镜头，由于采用第二重结构获得边缘视场，因此可获得更高分辨率的边缘视场；由于第一重结构和第二重结构相互独立，可以通过分别调整焦距的大小来控制两部分像面的大小，以满足不同用户的需求，因此本发明的适用范围广泛；
[0020]2、本发明通过调整中继镜组的参数数据，使得第一重结构所成的圆形像面和第二重结构所成的环形像面之间具有间隔，同时可调整间隔的大小，因此可允许用户根据需要分别获得两个视场区域的图像，方便用户使用；
[0021]3、本发明将第二反射镜的环形内圆与非球面负透镜的圆形边缘相接，并且一体成型，便于加工；
[0022]4、通过采用两片透镜组成透射镜组，两片反射镜组成反射镜组，使得本发明的广角镜头的结构更加简单、成本更低；
[0023]5、将第三反射镜置于透射镜组的两个透镜之间的环形边缘上，使得镜头的结构更加紧凑；
[0024]6、通过对各光学表面的参数的优化设计，使得本发明的广角镜头有更好的成像质量，对真实图像的还原能力更强。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为现有的全景镜头结构示意图；
[0026]图2为现有的鱼眼镜头结构示意图；
[0027]图3为本发明中实施例一提供的折反拼接式广角镜头结构示意图；
[0028]图4为本发明中实施例一提供的折反拼接式广角镜头的光路示意图；
[0029]图5(a)为本发明中实施例一提供的折反拼接式广角镜头的透射镜组与中继镜组组成的第一重结构的MTF曲线图；
[0030]图5(b)为本发明中实施例一提供的折反拼接式广角镜头的反射镜组与中继镜组组成的第二重结构的MTF曲线图；
[0031]图6(a)为本发明中实施例一提供的折反拼接式广角镜头的透射镜组与中继镜组组成的第一重结构的像点图；
[0032]图6(b)为本发明中实施例一提供的折反拼接式广角镜头的反射镜组与中继镜组组成的第二重结构的像点图；
[0033]图7为本发明中实施例二提供的折反拼接式广角镜头结构示意图；
[0034]图8为本发明中实施例二提供的折反拼接式广角镜头的中继镜组的结构示意图；
[0035]图9 (a)为本发明中实施例二提供的折反拼接式广角镜头的透射镜组与中继镜组组成的第一重结构的MTF曲线图；
[0036]图9 (b)为本发明中实施例二提供的折反拼接式广角镜头的反射镜组与中继镜组组成的第二重结构的MTF曲线图；
[0037]图10(a)为本发明中实施例二提供的折反拼接式广角镜头的透射镜组与中继镜组组成的第一重结构的像点图；
[0038]图10(b)为本发明中实施例二提供的折反拼接式广角镜头的反射镜组与中继镜组组成的第二重结构的像点图。
[0039]其中，11-负弯月透镜，12-第一双胶合透镜，13-第二双胶合透镜，14-非球面负透镜,21-第一反射镜,22-第二反射镜，S1-第一光阑，S2-第二光阑,31-第一球面负透镜，32-第二球面负透镜，33-第三双胶合透镜，34-第四双胶合透镜，35-非球面透镜，L1-第三球面负透镜，L2-第一球面正透镜，Rl-第三反射镜，R2-第四反射镜，S2-第二光阑，L3-第四球面负透镜，L4-第二球面正透镜，L5-第三球面正透镜，L6-第四球面正透镜，L7-第五球面正透镜，L8-第五球面负透镜。
【具体实施方式】[0040]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0041]本发明提供了一种折反拼接式广角镜头，包括透射镜组Z1、反射镜组Z2和中继镜组Z3，透射镜组Zl用于将中心视场的光线透射并会聚至中继镜组Z3，反射镜组Z2用于将边缘视场的光线反射并会聚至中继镜组Z3，中继镜组Z3用于将中心视场的光线聚焦于像面中心的圆形区域内，即对中心视场成圆形实像于像面中心处；同时，中继镜组Z3还将边缘视场的光线聚焦于像面边缘的环形区域内，即对边缘视场成环形实像于像面的环形边缘处；圆形区域和环形区域的大小变化根据用户的需求分别由透射镜组Zl和反射镜组Z2的焦距调整。
[0042]实施例一
[0043]图3为本发明实施例一所提供的折反拼接式广角镜头的结构示意图。该广角镜头分为两重结构，将其沿光轴方向从物端到像端依次包括透射镜组Z1、反射镜组Z2和中继镜组Z3，第一重结构与第二重结构共用中继镜组Z3。
[0044]如图4所示，成像时在130度以内的中心视场射入的光线，依次通过透射镜组Zl与中继镜组Z3(这两者构成第一重结构)成像在像面Si的中心区域，而130度以外的边缘视场射入的光线，则可通过反射镜组Z2与中继镜组Z3 (这两者构成第二重结构)成像在像面Si距中心区域一定距离的边缘位置。最后在像面上，中心视场所成的像为一个圆形，边缘视场所成像为环状，均在同一平面，中间有一定间隔，最后可拼接获得不小于200度的视场图像。其中间隔的大小以用户能将圆形像面和环形面分开获取为宜。
[0045]如图3所示，透射镜组Zl从物端到像端依次包括负弯月透镜11、由负透镜和正透镜组成的第一双胶 合透镜12、由正透镜和负透镜组合而成的第二双胶合透镜13以及非球面负透镜14。
[0046]为了降低非球面镜片的加工成本，除了非球面为塑料’A5514_55’材质外，其余透镜均为玻璃材质。
[0047]透射镜组Zl中各表面参数如表1，非球面系数请参阅表4。
[0048]表1透射镜组Zl的各表面参数
[0049]
【权利要求】
1.一种折反拼接式广角镜头，其特征在于，包括透射镜组、反射镜组和中继镜组，所述透射镜组用于将中心视场的光线透射并会聚至所述中继镜组，所述反射镜组用于将边缘视场的光线反射并会聚至所述中继镜组，所述中继镜组用于将中心视场的光线聚焦于像面中心的圆形区域内，将边缘视场的光线聚焦于所述像面边缘的环形区域内，所述圆形区域的大小变化根据用户的需求由所述的透射镜组的焦距调整，所述环形区域的大小变化根据用户的需求由所述反射镜组的焦距调整。
2.如权利要求1所述的一种折反拼接式广角镜头，其特征在于，所述透射镜组、反射镜组和中继镜组从物端到像端依次排列，其中所述透射镜组包括从物端到像端依次排列的负弯月透镜(11)、由负透镜和正透镜组成的第一双胶合透镜(12)、由正透镜和负透镜组合而成的第二双胶合透镜(13)以及非球面负透镜(14)； 所述反射镜组包括从物端到像端依次排列的第二反射镜(22)和第一反射镜(21)，两片反射镜均为环形； 所述中继镜组包括从物端到像端依次排列的第一光阑(SI)、第一球面负透镜(31)、第二球面负透镜(32)、由正透镜和负透镜组成的第三双胶合球面透镜(33)、由正透镜和负透镜组成的第四双胶合球面透镜(34)以及非球面透镜(35);所述非球面透镜(35)的中心为正透镜，边缘为环形的负透镜； 所述负弯月透镜(11)接收中心视场的光线并依次经第一双胶合透镜(12)、第二双胶合透镜(13)以及非球面负透镜(14)的透射和会聚，中心视场光线最后透过第一光阑(SI)被会聚至所述第一球 面负透镜(31)的中心区域；经透射镜组会聚后的中心视场光线依次经第一球面负透镜(31)、第二球面负透镜(32)、第三双胶合球面透镜(33)和第四双胶合球面透镜(34)透射至非球面透镜(35)中心的正透镜上，经所述正透镜成像于像面的中心区域；所述第一反射镜(21)接收视场边缘的光线并反射至第二反射镜(22)，第二反射镜(22)再将其通过第一光阑(SI)反射至所述第一球面负透镜(31)的边缘区域；经反射镜组反射后的边缘视场光线依次经第一球面负透镜(31)、第二球面负透镜(32)、第三双胶合球面透镜(33)和第四双胶合球面透镜(34)透射至非球面透镜(35)边缘的负透镜上，经所述负透镜成像于像面的边缘区域。
3.如权利要求2所述的一种折反拼接式广角镜头，其特征在于，所述像面上的圆形区域和环形区域的中间间隔根据用户需求通过调节由透射镜组和中继镜组组成的第一重结构以及由反射镜组和中继镜组组成的第二重结构的焦距实现。
4.如权利要求2或3所述的一种折反拼接式广角镜头，其特征在于，所述第二反射镜(22)的环形内圆与非球面负透镜(14)的圆形边缘相接，且加工时一体成型。
5.如权利要求4所述的一种折反拼接式广角镜头，其特征在于，所述透射镜组中各光学表面的参数数据如下: 表1
6.如权利要求1所述的一种折反拼接式广角镜头，其特征在于，所述透射镜组、反射镜组和中继镜组从物端到像端依次排列，其中所述透射镜组包括沿光线传播方向依次排列的第三球面负透镜(LI)和第一球面正透镜(L2)； 所述反射镜组包括沿光线传播方向依次排列的第四反射镜(R2)和第三反射镜(Rl)，两片反射镜均为环形；所述中继镜组包括沿光线传播方向依次排列的第二光阑(S2)，第四球面负透镜(L3)，第二球面正透镜(L4)，第三球面正透镜(L5)，第四球面正透镜(L6)、第五球面正透镜(L7)和第五球面负透镜(L8)； 所述第三球面负透镜(LI)接收中心视场的光线并会聚至第一球面正透镜(L2)，所述第一球面正透镜(L2)将中心视场光线再进行会聚，中心视场光线最后透过第二光阑(S2)被会聚至所述第四球面负透镜(L3)的中心区域；经透射镜组会聚后的中心视场光线依次经第四球面负透镜(L3)，第二球面正透镜(L4)，第三球面正透镜(L5)，第四球面正透镜(L6)、第五球面正透镜(L7)和第五球面负透镜(L8)透射并成像于像面的中心区域； 所述第三反射镜(Rl)接收视场边缘的光线并反射至第四反射镜(R2)，第四反射镜(R2)再将其透过第二光阑(S2)反射至所述第四球面负透镜(L3)的边缘区域；经反射镜组会聚后的边缘视场光线依次经所述中继镜组中的5片透镜的透射并成像于像面的边缘区域。
7.如权利要求6所述的一种折反拼接式广角镜头，其特征在于，所述第四反射镜(R2)设置在第三球面负透镜(LI)和光阑之间的环形边缘。
8.如权利要求7所述的一种折反拼接式广角镜头，其特征在于，所述透射镜组中各光学表面的参数数据如下:
9.如权利要求2或6所述的一种折反拼接式广角镜头，其特征在于，所述光学表面中的非球面镜均采用型号为A5514_55塑料加工。
【文档编号】G02B13/06GK103995343SQ201410222287
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】程德文, 宫辰, 许晨, 王涌天, 刘越 申请人:北京理工大学