全方向成像装置的制作方法

本发明涉及光学成像。
背景技术：
：全景相机可包括用于提供全景图像的鱼眼镜头系统。可通过将光学图像聚焦在图像传感器上形成全景图像。鱼眼镜头可被布置成缩小光学图像的周缘区域，从而使得单个图像传感器可捕捉整个光学图像。因此，鱼眼镜头的分辨力在光学图像的周缘区域可能受到限制。技术实现要素：本发明的目的是提供用于光学成像的装置。本发明的目的是提供用于捕捉图像的方法。根据第一方面，提供一种成像装置（500），包括：-输入元件（LNS1），-孔径光阑（AS1），以及-聚焦单元（300），其中，所述输入元件（LNS1）包括：-输入表面（SRF1），-第一反射表面（SRF2），-第二反射表面（SRF3），以及-输出表面（SRF4），其中，所述输入表面（SRF1）被布置成通过折射输入束（B0k）的光提供第一折射束（B1k），所述第一反射表面（SRF2）被布置成通过反射所述第一折射束（B1k）的光提供第一反射束（B2k），所述第二反射表面（SRF3）被布置成通过反射所述第一反射束（B2k）的光提供第二反射束（B3k），从而使得所述第二反射束（B3k）不与所述第一折射束（B1k）相交，所述输出表面（SRF4）被布置成通过折射所述第二反射束（B3）的光提供输出束（B4k），所述输入元件（LNS1）和所述聚焦单元（300）被布置成在图像平面（PLN1）上形成环形光学图像（IMG1），并且所述孔径光阑（AS1）限定所述成像装置（500）的入射光瞳（EPUk），从而使得所述成像装置（500）的有效F数（Feff）在1.0至5.6的范围内。根据第二方面，提供一种利用成像装置（500）捕捉图像的方法，所述方法包括在图像平面（PLN1）上形成环形光学图像（IMG1）。其他方面在权利要求中限定。孔径光阑可提供高的光收集力，并且孔径光阑可通过阻止可引起光学图像模糊的边际光线的传播来提高图像的清晰度。具体地，孔径光阑可阻止可沿环形光学图像的切向方向引起模糊的那些边际光线的传播。成像装置可形成环形光学图像，该环形光学图像代表成像装置的周围环境。环形图像可通过数字图像处理被转化成矩形全景图像。环形图像的径向扭曲可以是低的。换言之，从物接收的光线的仰角和相应图像点的位置之间的关系可以是基本线性的。因此，图像传感器的像素可有效地用于预定的竖直视场，并且全景图像的所有部分可形成有最佳分辨率。成像装置可具有基本圆柱形的物面。成像装置可有效地采用用于捕捉环形图像的图像传感器的像素，所述环形图像代表圆柱形物面。对于某些应用，不必捕捉位于成像装置正上方的物的图像。对于那些应用，与例如鱼眼镜头相比，成像装置可以更有效地利用图像传感器的像素。成像装置可附接到例如车辆，以便监控障碍物、其他车辆和/或车辆周围的人。成像装置可用作例如静态监控相机。成像装置可被布置成为机器视觉系统捕捉图像。在实施例中，成像装置可被布置成为电话会议系统提供全景图像。例如，成像装置可被布置成提供位于单个房间中的若干个人的全景图像。电话会议系统可包括用于提供和传输全景图像的一个或多个成像装置。电话会议系统可捕捉和传输视频序列，其中，所述视频序列可包括一个或多个全景图像。成像装置可包括输入元件，该输入元件具有两个折射表面和两个反射表面，以提供折叠的光路。折叠的光路可允许减小成像装置的大小。由于折叠的光路，成像装置可具有低的高度。附图说明图1以举例方式在剖视图中示出包括全方向镜头的成像装置，图2以举例方式在剖视图中示出包括全方向镜头的成像装置，图3a以举例方式在三维图中示出在图像传感器上形成环形光学图像，图3b以举例方式在三维图中示出在图像传感器上形成若干个光学图像，图4以举例方式在三维图中示出成像装置的视域的上边界和下边界，图5a示出在图像传感器上形成的光学图像，图5b以举例方式示出根据所捕捉的数字图像形成全景图像，图6a以举例方式在三维图中示出与物的点相对应的仰角，图6b以举例方式在顶视图中示出与图6a的物的点相对应的图像点，图7a以举例方式在侧视图中示出成像装置的入射光瞳，图7b以举例方式在端视图中示出图7a的入射光瞳，图7c以举例方式在顶视图中示出图7a的入射光瞳，图8a以举例方式在顶视图中示出成像装置的孔径光阑，图8b以举例方式在端视图中示出穿过孔径光阑的光线，图8c以举例方式在侧视图中示出穿过孔径光阑的光线，图8d以举例方式在端视图中示出成像装置中的周缘光线的传播，图8e以举例方式在顶视图中示出周缘光线从输入表面到孔径光阑的传播，图9a以举例方式在侧视图中示出照射到图像传感器上的光线，图9b以举例方式在端视图中示出照射到图像传感器上的光线，图9c示出对于若干个不同仰角的模块传输函数，图10以举例方式示出成像装置的功能单元，图11以举例方式示出输入元件的特征尺寸，图12以举例方式示出在没有束调整单元的情况下实施的成像装置，以及图13以举例方式示出图像传感器的检测器像素。具体实施方式参照图1，成像装置500可包括输入元件LNS1、孔径光阑AS1、聚焦单元300和图像传感器DET1。成像装置500可具有围绕轴线AX0的宽的视域(viewingregion)VREG1。成像装置500可具有视域VREG1，该视域VREG1完全围绕光学轴线AX0。视域VREG1可表现围绕视域VREG1的360°角。输入元件LNS1可被称作，例如，全方向镜头或全景镜头。成像装置500的光学元件可形成组合体，该组合体可被称作，例如，全方向物镜。成像装置500可被称作，例如，全方向成像装置或全景成像装置。成像装置500可以是，例如，相机。装置500的光学元件可被布置成折射和/或反射一个或多个光束的光。每束可包括多个光线。输入元件LNS1可包括输入表面SRF1、第一反射表面SRF2、第二反射表面SRF3和输出表面SRF4。第一输入束B01可照射到输入表面SRF1上。第一输入束B01可接收自例如物O1的点P1（图3a）。输入表面SRF1可被布置成通过折射第一输入束B01的光提供第一折射光B11，第一反射表面SRF2可被布置成通过反射第一折射束B11的光提供第一反射束B21，第二反射表面SRF3可被布置成通过反射第一反射束B21的光提供第二反射束B31，并且输出表面SRF4可被布置成通过折射第二反射束B31的光提供输出束B41。输入表面SRF1可沿竖直方向具有第一曲率半径，并且输入表面SRF1可沿水平方向具有第二曲率半径。第二半径可不同于第一半径，并且在输入表面SRF1处的折射可引起像散。具体地，输入表面SRF1可以是超环面（toroidal）表面的一部分。反射表面SRF2可以是，例如，大体锥形的表面。反射表面SRF2可以交叉关联切向的和矢状的光焦度，这可引起像散和彗差（彗形像差）。折射表面SRF1和SRF4可影响横向色彩特征。表面SRF1、SRF2、SRF3、SRF4的形状可被优化，例如，以最小化像散、慧差和/或色差的总量。表面SRF1、SRF2、SRF3、SRF4的形状可通过使用光学设计软件（例如通过使用商标为“Zemax”的可获得的软件）而迭代优化。例如，在表1.2和1.3以及表2.2、2.3中详细说明了所述表面的合适形状的示例。成像装置500可以可选地包括波前调整单元200，以调整输入元件LNS1所提供的输入束的波前。输出束B41的波前可以由波前调整单元200可选地调整。波前调整单元200可被布置成通过调整输出束B41的波前形成中间束B51。中间束也可被称作，例如，修正束或调整束。孔径光阑AS1可定位在输入元件LNS1和聚焦单元300之间。孔径光阑可定位在调整单元200和聚焦单元300之间。孔径光阑AS1可被布置成限制中间束B51的横向尺寸。孔径光阑AS1还可限定成像装置500的入射光瞳（图7b）。中间束B51的光可被聚焦单元300聚焦在图像传感器DET1上。聚焦单元300可被布置成通过聚焦中间束B51的光形成聚焦束B61。聚焦束B61可照射到图像传感器DET1的点P1’上。点P1’可被称作，例如，图像点。图像点可与图像传感器DET1的一个或多个检测器像素重叠，并且图像传感器DET1可提供指示图像点的亮度的数字信号。第二输入束B0k可照射到输入表面SRF1上。第二输入束B0k的方向DIRk可不同于第一输入束B01的方向DIR1。束B01、B0k可接收自例如物O1的两个不同点P1、Pk。输入表面SRF1可被布置成通过折射第二输入束B0k的光提供折射束B1k，第一反射表面SRF2可被布置成通过反射折射束B1k的光提供反射束B2k，第二反射表面SRF3可被布置成通过反射反射束B2k的光提供反射束B3k，并且输出表面SRF4可被布置成通过折射反射束B3k的光提供输出束B4k。波前调整单元200可被布置成通过调整输出束B4k的波前形成中间束B5k。孔径光阑AS1可被布置成限制中间束B5k的横向尺寸。聚焦单元300可被布置成通过聚焦中间束B5k的光形成聚焦束B6k。聚焦束B6k可照射到图像传感器DET1的点Pk’上。点Pk’可在空间上与点P1’分离。输入元件LNS1和聚焦单元300可被布置成通过从不同方向DIR1、DIR2接收若干个束B01、B0k而在图像传感器DET1上形成光学图像IMG1。输入元件LNS1可关于轴线AX0基本上轴向地对称。成像装置500的光学部件关于轴线AX0基本上轴向地对称。输入元件LNS1可关于轴线AX0轴向地对称。轴线AX0可被称作，例如，对称轴或光学轴。输入元件LNS1还可被布置以操作使得不需要波前调整单元200。在该情形中，输入元件LNS1的表面SRF4可通过折射反射束B51而直接提供中间束B51。输入元件LNS1的表面SRF4可通过折射反射束B5k而直接提供中间束B5k。在此情形中，输入元件LNS1的输出束可直接用作中间束B5k。孔径光阑AS1可定位在输入元件LNS1和聚焦单元300之间。孔径光阑AS1的中心可与轴线AX0基本一致。孔径光阑AS1可以是基本圆形的。输入元件LNS1、（可选的）调整单元200的光学元件、孔径光阑AS1和聚焦单元300的光学元件可相对于轴线AX0基本上轴向地对称。输入元件LNS1可被布置以操作使得第二反射表面SRF3形成的反射束B3k不与输入表面SRF1形成的第一折射束B1k相交。第一折射束B1k、第一反射束B2k和第二反射束B3k可在基本同质的材料中传播，但不在空气中传播。成像装置500可被布置成在图像平面PLN1上形成光学图像IMG1。图像传感器DET1的有源表面可与图像平面PLN1基本一致。图像传感器DET1可定位成使得图像传感器DET1的光检测像素基本位于图像平面PLN1中。成像装置500可被布置成在图像传感器DET1的有源表面上形成光学图像IMG1。图像平面PLN1可基本垂直于轴线AX0。图像传感器DET1可在制造成像装置500期间附接到成像装置500，从而使得成像装置500可包括图像传感器DET1。但是，成像装置500也被提供成没有图像传感器DET1。例如，可制造或运输成像装置500而没有图像传感器DET1。图像传感器DET1可在稍后阶段，在捕捉图像IMG1之前，附接到成像装置500。SX、SY和SZ表示互相垂直的方向。方向SY在例如图3a中示出。符号k可表示例如一维或二维标记。例如，成像装置500可被布置成通过聚焦若干个输入束B01、B02、B03…B0k-1、B0k、B0k+1…的光形成光学图像IMG1。参照图2，聚焦单元300可包括，例如，一个或多个镜头301、302、303、304。聚焦单元300可就轴外性能进行优化。成像装置500可以可选地包括窗WN1，以保护图像传感器DET1的表面。波前调整单元200可包括，例如，一个或多个镜头201。波前调整单元200可被布置成通过调整束B4k的波前形成中间束B5k。具体地，输入元件LNS1和波前调整单元200可被布置成根据准直的输入束B0k的光形成基本准直的中间束B5k。准直的中间束B5k可具有基本平面的波前。在实施例中，输入元件LNS1和波前调整单元200还可被布置成形成会聚或分散的中间束B5k。会聚或分散的中间束B5k可具有基本上球面的波前。参照图3a，成像装置500可被配置成通过接收来自物O1的任意点Pk的光B0k，将光B6k聚焦在图像传感器DET1上的Pk’上。成像装置500可被布置成在图像传感器DET1上形成物O1的图像SUB1。物O1的图像SUB1可被称作，例如，子图像。形成在图像传感器DET1上的图像IMG1可包括子图像SUB1。参照图3b，成像装置500可被配置成通过接收来自物O2的光B0R，将光B6R聚焦在图像传感器DET1上。成像装置500可被布置成在图像传感器DET1上形成物O2的子图像SUB2。形成在图像传感器DET1上的光学图像IMG1可包括一个或多个子图像SUB1、SUB2。光学子图像SUB1、SUB2可同时形成在图像传感器DET1上。代表围绕轴线AX0的360°视野的光学图像IMG1可同时地且即时地形成。在实施例中，物O1、O2可以，例如，在输入元件LNS1的基本相反侧上。输入元件LNS1可位于第一物O1和第二物O2之间。输入元件LNS1可通过接收来自第二物O2的光B0R提供输出光B4R。波前调整单元200可被布置成通过调整输出束B4R的波前形成中间束B5R。孔径光阑AS1可被布置成限制中间束B5R的横向尺寸。聚焦单元300可被布置成通过聚焦中间束B5R的光形成聚焦束B6R。参照图4，成像装置500可具有视域（viewingregion）VREG1。视域VREG1也可被称作，例如，视见体（viewingvolume）或视区。成像装置500可形成处于视域VREG1内的物O1的基本清晰的图像。视域VREG1可完全围绕轴线AX0。视域VREG1的上边界可以是锥形表面，其具有相对于方向SZ的角90°-θMAX。角θMAX可以在，例如，+30°至+60°的范围内。视域VREG1的下边界可以是锥形表面，其具有相对于方向SZ的角90°-θMIN。角θMIN可以在，例如，-30°至+20°的范围内。角θMAX可代表入射束相对于与方向SZ垂直的参考平面REF1的最大仰角。参考平面REF1可以由方向SX、SY限定。角θMIN可代表入射束相对于参考平面REF1的最小仰角。成像装置500的竖直视场（θMAX-θMIN）可由第一角度值θMIN和第二角度值θMAX限定，其中，第一角度值θMIN可小于或等于例如0°，并且第二角度值θMAX可大于或等于例如+35°。成像装置500的竖直视场（θMAX-θMIN）可由第一角度值θMIN和第二角度值θMAX限定，其中，第一角度值θMIN可小于或等于-30°，并且第二角度值θMAX可大于或等于+45°。成像装置500的竖直视场（=θMAX-θMIN）可以，例如，在5°至60°的范围内。成像装置500可以能够形成光学图像IMG1，例如，具有大于例如90线对每毫米的空间分辨率。参照图5a，成像装置500可在图像传感器DET1上形成基本环形的二维光学图像IMG1。成像装置500可在图像平面PLN1上形成基本环形的二维光学图像IMG1，并且图像传感器DET1可定位在图像平面PLN1中。图像IMG1可以是视域VREG1的图像。图像IMG1可包括位于视域VREG1中的物的一个或多个子图像SUB1、SUB2。光学图像IMG1可具有外直径dMAX和内直径dMIN。光学图像IMG1的内边界可对应于视域VREG1的上边界，并且光学图像IMG1的外边界可对应于视域VREG1的下边界。外直径dMAX可对应于最小仰角θMIN，内直径dMIN可对应于最大仰角θMAX。图像传感器DET1可被布置成将光学图像IMG1转化成数字图像DIMG1。图像传感器DET1可提供数字图像DIMG1。数字图像DIMG1可代表环形光学图像IMG1。数字图像DIMG1可被称作，例如，环形数字图像DIMG1。图像IMG1的内边界可围绕中心区域CREG1，从而使得中心区域CREG1的直径小于环形图像IMG1的内直径dMIN。装置500可被布置成形成环形图像IMG1，而不在图像传感器DET1的中心区域CREG1形成图像。图像IMG1可具有中心点CP1。装置500可被布置成形成环形图像IMG1，而不将光聚焦到中心点CP1。图像传感器DET1的有源区域可具有长度LDET1和宽度WDET1。有源区域意味着能够检测光的区域。宽度WDET1可表示沿垂直于轴线AX0的方向的有源区域的最短尺寸，并且长度LDET1可表示沿垂直于宽度WDET1的方向的有源区域的尺寸。传感器DET1的宽度WDET1可大于或等于环形图像IMG1的外直径dMAX，从而使得整个环形图像IMG1可被传感器DET1捕捉。参照图5b，通过执行去弯曲（de-warping）操作可将环形数字图像DIMG1转化成全景图像PAN1。全景图像PAN1可通过数字图像处理由环形数字图像DIMG1形成。数字图像DIMG1可被存储在例如存储器MEM1中。但是，数字图像DIMG1也可逐像素地被转换成全景图像PAN1，而不需要将整个数字图像DIMG1存储在存储器MEM1中。所述转化可包括根据与环形数字图像DIMG1的点相关联的信号值确定与全景图像PAN1的点相关联的信号值。全景图像PAN1可包括，例如，第一物O1的子图像SUB1和第二物O2的子图像SUB2。全景图像PAN1可包括位于成像装置500的视域中的物的一个或多个子图像。整个光学图像IMG1可即时地且同时地形成在图像传感器DET1上。因此，可在无需拼接而形成整个数字图像DIMG1，即无需将沿不同方向获得的两个或更多个图像结合。全景图像PAN1可无需拼接而由数字图像DIMG1形成。在实施例中，成像装置500可在捕捉数字图像DIMG1期间保持静止，即，不必为了捕捉整个数字图像DIMG1而改变成像装置500的方向。图像传感器DET1可包括二维矩形阵列的检测器像素，其中，每个像素的位置可由第一矩形系统（笛卡尔系统）的坐标（x，y）明确。图像传感器DET1可提供数字图像DIMG1作为一组像素值，其中，每个像素的位置可由坐标明确。例如，图像点Pk’的位置可由坐标xk，yk明确（或通过指示图像传感器DET1的检测器像素的相应列和行明确）。在实施例中，数字图像DIMG1的图像点的位置也可通过利用极坐标（γk，rk）表达。全景图像PAN1的像素的位置可由第二矩形系统的坐标（u，v）明确，第二矩形系统由图像方向SU和SV限定。全景图像PAN1可具有宽度uMAX和高度vMAX。全景图像PAN1的图像点的位置可由坐标u，v相对于参考点REFP明确。环形图像IMG1的图像点Pk’可具有为极坐标（γk，rk）的坐标，并且全景图像PAN1的相应图像点Pk’可具有矩形坐标（uk，vk）。去弯曲操作可包括将在环形图像DIMG1的极坐标系统中表达的位置映射成在全景图像PAN1的矩形坐标系统中表达的位置。成像装置500可根据其周围环境VREG1提供曲线的，即，扭曲的图像IMG1。成像装置500可提供大的视场大小和足够的分辨力，其中，由成像装置500引起的图像扭曲可通过数字图像处理修正。在实施例中，装置500还可在图像传感器DET1的中心区域CREG1上形成模糊的光学图像。成像装置500可被布置成操作使得主要根据从环形区域得到的图像数据确定全景图像PAN1，所述环形区域由内直径dMIN和外直径dMAX限定。环形图像IMG1可具有内半径rMIN（=dMIN/2）和外半径rMAX（=dMAX/2）。成像装置500可将输入束B0k的光聚焦到检测器DET1，从而使得径向坐标rk可取决于输入束B0k的仰角θk。参照图6a，装置500的输入表面SRF1可接收来自物O1的任一点Pk的输入束B0k。束B0k可沿由仰角θk和方位角φk限定的方向DIRk传播。仰角θk可表示束B0k的方向DIRk和水平参考平面REF1之间的角。束B0k的方向DIRk可具有在水平参考平面REF1上的投影DIRk’。方位角φk可表示投影DIRk’和参考方向之间的角。所述参考方向可以是，例如，方向SX。束B0k可接收自，例如，物O1的点Pk。从远点Pk接收的至输入表面SRF1的入射光瞳EPUk的光线可一起形成基本上准直的束B0k。输入束B0k可以是基本上准直的束。参考平面REF1可垂直于对称轴线AX0。参考平面REF1可垂直于方向SY。当以度表达角时，方向SZ和束B0k的方向DIR1之间的角可等于90°-θk。角90°-θk可被称作例如竖直输入角。输入表面SRF1可同时接收来自物O1的不同点的若干个束。参照图6b，成像装置500可将束B0k的光聚焦到图像传感器DET1上的点Pk’。点Pk’的位置可由例如极坐标γk，rk明确。环形光学图像IMG1可具有中心点CP1。角坐标γk可明确图像点Pk’相对于中心点CP1以及相对于参考方向（例如SX）的角位置。径向坐标rk可明确图像点Pk’和中心点CP1之间的距离。图像点Pk’的角坐标γk可基本等于输入束B0k的方位角φk。环形图像IMG1可具有内半径rMIN和外半径rMAX。成像装置500可将输入束B0k的光聚焦到检测器DET1，从而使得径向坐标rk可取决于所述输入束B0k的仰角θk。内半径rMIN和外半径rMAX的比可以，例如，在0.3至0.7的范围内。径向位置rk可以以基本线性的方式取决于仰角θk。输入束B0k可具有仰角θk，并且输入束B0k可提供具有径向位置rk的图像点Pk’。径向位置rk的估计值rk，est可根据仰角θk例如通过以下映射方程式确定：（1）f1可表示成像装置500的焦距。方程式（1）的角度可用弧度表示。成像装置500的焦距f1可以，例如，在0.5至20mm的范围内。输入元件LNS1和可选的调整单元200可被布置成操作使得中间束B5k是基本准直的。输入元件LNS1和可选的调整单元200可被布置成操作使得中间束B5k具有基本平面的波前。当中间束B5k在穿过孔径光阑AS1之后基本准直时，成像装置500的焦距f1可基本等于聚焦单元300的焦距。输入元件LNS1和波前调整单元200可被布置成提供中间束B5k，从而使得中间束B5k在穿过孔径光阑AS1之后基本准直。聚焦单元300可被布置成将中间束B5k的光聚焦到图像平面PLN1。输入元件LNS1和可选的调整单元200还可被布置成操作使得中间束B5k在孔径光阑AS1之后不完全准直。在该情形中，成像装置500的焦距f1可以还取决于输入元件LNS1的特性和/或调整单元200的特性（如果装置500包括单元200的话）。在一般情形中，可基于装置500的实际映射特性利用方程式（2）限定成像装置500的焦距f1。（2）方程式（2）的角可以以弧度表达。θk表示第一输入束B0k的仰角。θk+1表示第二输入束B0k+1的仰角。角θk+1可被选择成使得θk+1-θk，例如，在0.001至0.02弧度的范围内。第一输入束B0k可在图像传感器DET1上形成第一图像点Pk’。rk表示第一图像点Pk’的径向位置。第二输入束B0k+1可在图像传感器DET1上形成第二图像点Pk+1’。rk表示第一图像点Pk’的径向位置。θMIN可表示仰角，其对应于环形图像IMG1的内半径rMIN。成像装置500的焦距f1可在例如0.5至20mm的范围内。具体地，焦距f1可在例如0.5至5mm的范围内。可通过方程式（1）近似估算输入束B0k的仰角θk和相应图像点Pk’的径向位置rk之间的关系。图像点Pk’的实际径向位置rk可略微偏离方程式（1）所给出的估计值rk，est。相对偏离量Δr/rk，est可由以下方程式计算：（3a）图像IMG1的径向扭曲可以例如小于20%。这可意味着每个图像点Pk’的径向位置rk与相应估算的径向位置rk，est的相对偏离量Δr/rk，est小于20%，其中，所述估算值rk，est由线性映射方程式（1）确定。表面SRF1、SRF2、SRF3、SRF4的形状可被选择成使得相对偏离量Δr/rk，est在-20%至20%的范围内。当竖直视场（θMAX-θMIN）由角θMIN=0°和θMAX=+35°限定时，光学图像IMG1的径向扭曲可小于20%。相对偏离量Δr/rk，est的均方根（RMS）值可取决于成像装置500的焦距f1。相对偏离量Δr/rk，est的RMS值例如可由以下方程式计算：（3b）其中，（3c）θ（r）表示输入束的仰角，其相对于中心点CP1在径向位置r处产生图像点。方程式（3c）的角可以以弧度表示。成像装置500的焦距f1可根据方程式（3b）确定，通过确定焦距值f1，这在rMIN至rMAX的范围内最小化相对偏离量的RMS值。提供最小RMS相对偏离量的焦距值可用作成像装置500的焦距。成像装置500的焦距可被限定成提供最小RMS相对偏离量的焦距值f1。当根据图像IMG1形成全景图像PAN1时，可补偿径向扭曲。但是，当径向扭曲小时可以以最佳方式使用图像传感器DET1的像素，以便在全景图像PAN1的所有部分提供足够的分辨率。成像装置500可从物O1的不同点接收多个输入束，并且每个输入束的光可被聚焦在图像传感器DET1的不同点上，以形成物O1的子图像SUB1。参照图7a至7c，输入束B0k可经由输入表面SRF1的部分EPUk联接到输入元件LNS1。该部分EPUk可被称作入射光瞳EPUk。输入束B0k可包括例如周缘光线B0ak、B0bk、B0dk、B0ek和中心光线B0ck。通过阻止边际光线的传播，孔径光阑AS1可限定入射光瞳EPUk。入射光瞳EPUk可具有宽度Wk和高度Δhk。入射光瞳EPUk的位置可由例如入射光瞳EPUk的中心的竖直位置zk以及由入射光瞳EPUk的中心的极坐标角ωk明确。极坐标角ωk可通过利用方向SX作为参考方向，相对于轴线AX0明确入射光瞳EPUk的中心的位置。角ωk可基本等于角φk+180°。输入束B0k可以是基本准直的，并且光线B0ak、B0bk、B0ck、B0dk、B0ek可基本平行于输入束B0k的方向DIRk。孔径光阑AS1可根据输入束B0k的方向DIRk限定入射光瞳EPUk的位置和尺寸Wk、Δhk，从而使得入射光瞳EPUk的位置和尺寸Wk、Δhk可取决于输入束B0k的方向DIRk。入射光瞳EPUk的位置和尺寸Wk、Δhk可取决于输入束B0k的方向DIRk。入射光瞳EPUk的中心的位置可取决于输入束B0k的方向DIRk。入射光瞳EPUk可被称作成像装置500的就沿方向DIRk传播的光线的入射光瞳。装置500可同时具有若干个不同的入射光瞳，用于从不同方向接收的基本准直的输入束。成像装置500可被布置成经由孔径光阑AS1将输入束B0k的光聚焦到图像传感器DET1上的图像点Pk’。孔径光阑AS1可被布置成阻止否则会引起光学图像IMG1模糊的光线的传播。孔径光阑AS1可被布置成限定入射光瞳EPUk的尺寸Wk、Δhk。此外，孔径光阑AS1可被布置成限定入射光瞳EPUk的位置。例如，沿方向DIRk传播的光线LB0ok可照射到入射光瞳EPUk外的输入表面SRF1上。孔径光阑AS1可限定入射光瞳EPUk，从而使得光线LB0ok的光不参与图像点Pk’的形成。孔径光阑AS1可限定入射光瞳EPUk，从而使得边际光线的光不传播到图像传感器DET1，其中，所述边际光线沿方向DIRk传播并且照射到入射光瞳EPUk外的输入表面SRF1上。沿方向DIRk传播并且照射到入射光瞳EPUk上的光线B0ak、B0bk、B0ck、B0dk、B0ek可参与图像点Pk’的形成。沿与方向DIRk不同的方向传播的光线可参与形成与图像点Pk’不同的另外的图像点。沿与方向DIRk不同的方向传播的光线不参与形成所述图像点Pk’。不同的图像点Pk’可对应于不同的入射光瞳EPUk。第一图像点可由经由第一入射光瞳接收的第一光形成，并且第二图像点可由经由不同的第二入射光瞳接收的第二光形成。成像装置500可根据第一光形成第一中间束，并且成像装置500可根据第二光形成第二中间束，从而使得第一中间束和第二中间束穿过共同的孔径光阑AS1。输入元件LNS1和聚焦单元300可被布置成在图像传感器DET1上形成环形光学图像IMG1，从而使得孔径光阑AS1限定成像装置500的入射光瞳EPUk，聚焦单元300的焦距f1与入射光瞳EPUk的宽度Wk的比f1/Wk在1.0至5.6的范围内，并且焦距f1与入射光瞳EPUk的高度Δhk的比f1/Δhk在1.0至5.6的范围内。参照图8a至8c，孔径光阑AS1可通过阻止边际光线传播而限定入射光瞳EPUk的尺寸和位置。孔径光阑AS1可以是基本圆形的。孔径光阑AS1可由例如孔限定，该孔具有直径dAS1。例如，元件150可具有限定孔径光阑AS1的孔。元件150可包括具有孔的例如金属的、陶瓷的或塑料的盘。基本圆形的孔径光阑AS1的直径dAS1可以是固定的或可调节的。元件150可包括多个可移动薄片，该多个可移动薄片用于限定具有可调节的直径dAS1的基本圆形的孔径光阑AS1。输入束B0k可包括沿方向DIRk传播的光线B0ak、B0bk、B0ck、B0dk、B0ek。装置500可通过折射和反射光线B0ak的光形成周缘光线B5ak。周缘光线B5bk可由光线B0bk形成。周缘光线B5dk可由光线B0dk形成。周缘光线B5ek可由光线B0ek形成。中心光线B5ck可由光线B0ck形成。光线B0ak、B0bk之间的水平距离可等于入射光瞳EPUk的宽度Wk。光线B0dk、B0ek之间的竖直距离可等于入射光瞳EPUk的高度Δhk。边际光线B0ok可沿方向DIRk传播，从而使得边际光线B0ok不会照射到入射光瞳EPUk上。孔径光阑AS1可被布置成阻挡边际光线B0ok，从而使得所述边际光线B0ok的光不参与形成光学图像IMG1。装置500可通过折射和反射边际光线B0ok的光形成边际光线B5ok。孔径光阑AS1可被布置成阻止光线B5ok传播，从而使得光线B5ok的光不参与图像点Pk’的形成。孔径光阑AS1可被布置成阻止光线B0ok的光传播，从而使得所述光不参与图像点Pk’的形成。束B5k的一部分可传播通过孔径光阑AS1。所述部分可被称作，例如，经裁剪的束B5k。孔径光阑AS1可被布置成通过阻止边际光线B5ok传播来形成经裁剪的束B5k。孔径光阑AS1可被布置成通过阻止边际光线B5ok传播来限定入射光瞳EPUk。成像装置500可被配置成通过折射和反射输入束B0k的光形成中间束B5k。中间束B5k可包括光线B0ak、B0bk、B0ck、B0dk、B0ek。中心光线B5ck的方向可由例如角ϕck限定。中心光线B5ck的方向可取决于输入束B0k的仰角θk。图8d示出当从平行于输入束B0k的投影方向DIRk’的方向（投影方向DIRk’可以例如平行于方向SX）看时，成像装置500中的周缘光线的传播。图8d示出周缘光线从表面SRF3至图像传感器DET1的传播。表面SRF3可通过反射束B2k的光形成周缘光线B3dk、B3ek。表面SRF4可通过折射光线B3dk、B3ek的光形成周缘光线B4dk、B4ek。调整单元200可根据光线B3dk、B3ek的光形成周缘光线B5dk、B5ek。聚焦单元300可通过聚焦光线B5dk、B5ek的光形成聚焦光线B6dk、B6ek。图8e示出当从顶部看时，成像装置500中的光线的传播。图8e示出光从输入表面SRF1至孔径光阑AP1的传播。输入表面SRF1可通过折射输入束B0ck、B0dk、B0ek的光形成折射束B1k。表面SRF2可通过反射折射束B1k的光形成反射束B2k。表面SRF3可通过反射反射束B2k的光形成反射束B3k。表面SRF4可通过折射反射束B3k的光形成折射束B4k。调整单元200可根据折射束B4k形成中间束B5k。束B5k可经由孔径光阑AP1通过，以便阻止边际光线的传播。图9a示出照射到图像传感器DET1上的光线，以便形成图像点Pk’。聚焦单元300可被布置成通过聚焦中间束B5k的光形成图像点Pk’。中间束B5k可包括例如周缘光线B5ak、B5bk、B5dk、B5ek和中心光线B5ck。聚焦单元300可被布置成通过聚焦中间束B5k的光提供聚焦束B6k。聚焦束B6k可包括，例如，光线B6ak、B6bk、B6ck、B6dk、B6ek。聚焦单元300可通过折射和反射束B5ak的光形成周缘光线B6ak。周缘光线B6bk可由光线B5bk形成。周缘光线B6dk可由光线B5dk形成。周缘光线B6ek可由光线B6ek形成。中心光线B6ck可由光线B6ck形成。周缘光线B6ak的方向可由相对于轴线AX0的角ϕak限定。周缘光线B6bk的方向可由相对于轴线AX0的角ϕbk限定。中心光线B6ck的方向可由相对于轴线AX0的角ϕck限定。光线B6ak、B6bk、B6ck可在包括轴线AX0的第一竖直平面中。第一竖直平面还可包括输入束B0k的方向DIRk。Δϕak可表示光线B6ak的方向和中心光线的方向B6ck之间的角。Δϕbk可表示光线B6bk的方向和中心光线的方向B6ck之间的角。和Δϕak+Δϕbk可表示周缘光线B6ak、B6ck之间的角。和Δϕak+Δϕbk可等于沿环形光学图像IMG1的径向方向的聚焦束B6k的锥角。周缘光线B6dk的方向可由相对于中心光线B6ck的方向的角Δβdk限定。中心光线B6ck可在第一竖直平面中传播，该第一竖直平面也包括轴线AX0。周缘光线B6ek的方向可由相对于中心光线B6ck的方向的角Δβek限定。Δβdk可表示光线B6dk的方向和中心光线的方向B6ck之间的角。Δβek可表示光线B6ek的方向和中心光线的方向B6ck之间的角。和Δβdk+Δβek可表示周缘光线B6dk、B6ek之间的角。和Δβdk+Δβek可等于在环形光学图像IMG1的切向方向的聚焦束B6k的锥角。锥角也可被称作顶角或全锥角。在Δβdk=Δβek的情况下，聚焦束B6k的半锥角可等于Δβdk。和Δϕak+Δϕbk可取决于孔径光阑AS1的尺寸并且取决于聚焦单元300的焦距。具体地，和Δϕak+Δϕbk可取决于孔径光阑AS1的直径dAS1。孔径光阑AS1的直径dAS1和聚焦单元300的焦距可被选择成使得和Δϕak+Δϕbk例如大于9°。和Δβdk+Δβek可取决于孔径光阑AS1的直径并且取决于聚焦单元300的焦距。具体地，和Δβdk+Δβek可取决于孔径光阑AS1的直径dAS1。孔径光阑AS1的直径dAS1和孔径光阑AS1的焦距可被选择成使得和Δβdk+Δβek例如大于9°。孔径光阑AS1的尺寸（dAS1）可被选择成使得比（Δϕak+Δϕbk）/（Δβd1+Δβe1）在0.7至1.3的范围内，以便提供足够高的图像质量。具体地，比（Δϕak+Δϕbk）/（Δβd1+Δβe1）在0.9至1.1的范围内，以优化沿图像IMG1的径向方向和沿图像IMG1的切向方向的空间分辨率。锥角（Δϕak+Δϕbk）可影响沿径向方向（DIRk’）的空间分辨率，并且锥角（Δβd1+Δβe1）可影响沿切向方向（切向方向垂直于方向DIRk’）的空间分辨率。具有仰角θk的输入束B0k的光可被聚焦以提供聚焦束B6k，该聚焦束B6k照射到在图像传感器DET1上的图像点Pk’上。对于仰角θk，成像装置500的F数F（θk）可由以下方程式限定：（4a）其中，NAIMG，k表示聚焦束B6k的数值孔径。可利用角Δϕak和Δϕbk计算数值孔径NAIMG，k：（4b）nIMG表示紧邻图像传感器DET1上方的透光介质的折射率。角Δϕak和Δϕbk可取决于仰角θk。聚焦束B6k的F数F（θk）可取决于相应输入束B0k的仰角θk。最小值FMIN可表示当仰角θk从下限θMIN改变至上限θMAX时函数F（θk）的最小值。成像装置500的有效F数可被限定成等于所述最小值FMIN。紧邻图像传感器DET1上方的光传输介质可以是，例如，空气，并且折射率可基本等于1。光传输介质还可以是，例如，（保护性）光传输聚合物，并且折射率可远大于1。成像装置500的调制传递函数MTF可通过，例如，利用具有条纹图案的物O1测量或检查。图像IMG1可包括条纹图案的子图像，从而使得子图像具有一定的调制深度。调制传递函数MTF等于像调制与物调制的比。可通过例如提供具有由平行线形成的测试图案的物O1，并且通过测量相应图像IMG1的调制深度，测量调制传递函数MTF。调制传递函数MTF可在零空间频率下被规格化为1。换言之，调制传递函数在空间频率为0线对/mm时等于100%。可在图像平面PLN1处，即在图像传感器DET1的表面上，确定空间频率。调制传递函数MTF的下限可受装置500的光学像差限制，调制传递函数MTF的上限可受衍射限制。图9c以举例方式示出就三个不同仰角θk=0°、θk=20°和θk=35°成像装置500的调制传递函数MTF。实线曲线示出当图像IMG1中出现的测试线相对于中心点CP1切向地定向时的调制传递函数。虚线曲线示出当图像IMG1中出现的测试线相对于中心点CP1径向地定向时的调制传递函数。图9c示出在表1.1至1.3中说明的成像装置500的调制传递函数曲线。图9c的每个曲线代表在波长486nm、587nm和656nm处确定的调制传递函数MTF的平均值。环形图像IMG1的外直径dMAX和装置500的调制传递函数MTF可取决于装置500的焦距f1。在图9c的情形中，焦距f1等于1.26mm，并且环形图像IMG1的外直径dMAX等于3.5mm。例如，在空间频率为90线对/mm处调制传递函数MTF可基本等于54%。例如，就从0°至+35°的整个竖直视场，在空间频率为90线对/mm处调制传递函数MTF可大于50%。当空间频率为90线对/mm并且环形图像IMG1的外直径dMAX等于3.5mm（3.5mm·90线对/mm=315线对）时，环形图像IMG1的整个宽度（dMAX）可包括约300线对。对于在从θMAX至θMIN的竖直视场中的每个仰角θk，在第一空间频率ν1处成像装置500的调制传递函数MTF可大于50%，其中，第一空间频率ν1等于300线对除以环形图像IMG1的外直径dMAX，并且装置500的有效F数Feff可在例如1.0至5.6的范围内。输入元件LNS1的光学表面的形状和孔径光阑AS1的直径dAS1可被选择成使得，对于在0°至+35°范围内的至少一个仰角θk，在第一空间频率ν1处成像装置500的调制传递函数MTF可大于50%，其中，第一空间频率ν1等于300线对除以环形图像IMG1的外直径dMAX，并且装置500的有效F数Feff可在例如1.0至5.6的范围内。在第一空间频率ν1处并且在所述至少一个仰角θk，调制传递函数可沿光学图像IMG1的径向方向和切向方向大于50%。输入元件LNS1的光学表面的形状和孔径光阑AS1的直径dAS1可被选择成使得，对于在0°至+35°范围内的每个仰角θk，在第一空间频率ν1处成像装置500的调制传递函数MTF可大于50%，其中，第一空间频率ν1等于300线对除以环形图像IMG1的外直径dMAX，并且装置500的有效F数Feff可在例如1.0至5.6的范围内。在第一空间频率ν1处并且在所述每个仰角θk，调制传递函数MTF可沿光学图像IMG1的径向方向和切向方向大于50%。图像传感器DET1的有源区域的宽度WDET1可大于或等于环形图像IMG1的外直径dMAX。输入元件LNS1的光学表面的形状和孔径光阑AS1的直径dAS1可被选择成使得，对于在0°至+35°范围内的每个仰角θk，在第一空间频率ν1处成像装置500的调制传递函数MTF可大于50%，其中，第一空间频率ν1等于300线对除以图像传感器DET1的有源区域的宽度WDET1，并且装置500的有效F数Feff可在例如1.0至5.6的范围内。在第一空间频率ν1处并且在所述每个仰角θk，调制传递函数MTF可沿光学图像IMG1的径向方向和切向方向大于50%。图10示出成像装置500的功能单元。成像装置500可包括控制单元CNT1、存储器MEM1、存储器MEM2、存储器MEM3。成像装置500可以可选地包括用户界面UIF1和/或通信单元RXTX1。输入元件LNS1和聚焦单元300可被布置成在图像传感器DET1上形成光学图像IMG1。图像传感器DET1可捕捉图像DIMG1。图像传感器DET1可将光学图像IMG1转化成数字图像DIMG1，该数字图像DIMG1可被存储在操作存储器MEM1中。图像传感器DET1可根据光学图像IMG1提供数字图像DIMG1。控制单元CNT1可被配置成根据数字图像DIMG1形成全景图像PAN1。全景图像PAN1可被存储在例如存储器MEM2中。控制单元CNT1可包括一个或多个数据处理器。控制单元CNT1可被配置成控制成像装置500的操作和/或控制单元CNT1可被配置成处理图像数据。存储器MEM3可包括计算机程序PROG1。计算机程序代码PROG1可被配置成当，当在至少一个处理器CNT1上运行时，使成像装置500捕捉环形图像DIMG1和/或将环形图像DIMG1转化成全景图像PAN1。装置500可被布置成经由用户界面UIF1从用户接收用户输入。装置500可被布置成经由用户界面UIF1向用户显示一个或多个图像DIMG、PAN1。用户界面UIF1可包括，例如，显示器、触控屏、键盘和/或操纵杆。装置500可被布置成通过利用通信单元RXTX1发送图像DIMG和/或PAN1。COM1表示通信信号。装置500可被布置成，例如，向远程装置或互联网服务器发送图像DIMG和/或PAN1。通信单元RXTX1可被布置成经由，例如，移动通信网络、经由无线局域网（WLAN）和/或经由互联网进行通信。装置500可连接到移动通信网络，诸如移动通信全球系统（GSM）网络、第3代（3G）网络、第3.5代（3.5G）网络、第4代（4G）网络、无线局域网（WLAN）、蓝牙®或其他当今和未来的网络。装置500还可以以分布式的方式实现。例如，数字图像DIMG可被传输到（远程）服务器，并且可由服务器执行根据数字图像DIMG形成全景图像PAN1。成像装置500可被布置成提供视频序列，该视频序列包括根据数字图像DIMG1确定的一个或多个全景图像PAN1。该视频序列的存储和通信可通过利用数据压缩编解码器，例如，利用MPEG-4Part2编解码器、H.264/MPEG-4AVC编解码器、H.265编解码器、WindowsMediaVideo（WMV）、DivXPro编解码器或未来的编解码器（例如，HighEfficiencyVideoCoding，HEVC，H.265）。视频序列的编码和/或解码可通过利用，例如，MPEG-4Part2编解码器、H.264/MPEG-4AVC编解码器、H.265编解码器、WindowsMediaVideo（WMV）、DivXPro编解码器或未来的编解码器（例如，HighEfficiencyVideoCoding，HEVC，H.265）。还可利用，例如，无损编解码器编码和/或解码视频序列。图像PAN1可被通信到远程显示器或图像投影仪，从而使得图像PAN1可由所述远程显示器（或投影仪）显示。包括图像PAN1的视频序列可被通信到远程显示器或图像投影仪。可例如通过模制、车削（利用车床）、铣削和/或研磨生产输入元件LNS1。具体地，例如，可通过注塑成型利用模具生产输入元件LNS1。可例如通过车削、铣削、研磨和/或3D打印生产用于制造输入元件LNS1的模具。可利用主模型生产模具。可通过车削、铣削、研磨和/或3D打印生产用于制造模具的主模型。车削或铣削可包括利用金刚石头工具。如果需要的话，可通过，例如，火焰抛光和/或利用磨料技术抛光表面。输入元件LNS1可以是透明材料的实心体。所述材料可以是例如塑料、玻璃、熔融石英或蓝宝石。具体地，输入元件LNS1可包括可通过注塑成型生产的单片塑料。所述单片塑料可经涂覆或未涂覆。因此，可用相对低的制造成本生产大量输入元件LNS1。表面SRF1的形状可被选择成使得输入元件LNS1可容易地从模具移除。输入元件LNS1的厚度可取决于径向位置。输入元件LNS1可在第一径向位置处具有最大厚度并且在第二径向位置处具有最小厚度（第二径向位置可以例如小于输入元件LNS1的外半径的90%）。最小厚度与最大厚度的比可以，例如，大于或等于0.5，以便于注塑成型。光学元件的光学接口可以可选地被涂覆以防反射涂层。输入元件LNS1的反射表面SRF2、SRF3可被布置成通过全内反射（TIR）反射光。反射表面SRF2、SRF3的方向和输入元件LNS1的材料折射率可被选择成提供全内反射（TIR）。在实施例中，成像装置500可被布置成根据红外光形成光学图像IMG1。输入元件LNS1可包括，例如，用于折射和传输红外光的硅或锗。图像传感器DET1可包括光检测像素的二维阵列。光检测像素的二维阵列也可被称作检测器阵列。图像传感器DET1可以是例如CMOS图像传感器（互补金属氧化物半导体）或CCD图像传感器（电荷耦合装置）。图像传感器DET1的有源区域可基本平行于由方向SX和SY限定的平面。图像传感器DET1的分辨率可选自，例如，以下列表：800x600像素(SVGA)、1024x600像素(WSVGA)、1024x768像素(XGA)、1280x720像素(WXGA)、1280x800像素(WXGA)、1280x960像素(SXGA)、1360x768像素(HD)、1400x1050像素(SXGA+)、(1440x900像素(WXGA+)、1600x900像素(HD+)、1600x1200像素(UXGA)、1680x1050像素(WSXGA+)、1920x1080像素(全HD)、1920x1200像素(WUXGA)、2048x1152像素(QWXGA)、2560x1440像素(WQHD)、2560x1600像素(WQXGA)、3840x2160像素(UHD-1)、5120x2160像素(UHD)、5120x3200像素(WHXGA)、4096x2160像素(4K)、4096x1716像素(DCI4K),4096x2160(DCI4K)、7680x4320像素(UHD-2)。在实施例中，图像传感器DET1还可具有1：1的纵横比，以便最小化无源检测器像素的数量。在实施例中，成像装置500不需要关于轴线AX0完全对称。例如，图像传感器DET1可仅与光学图像IMG1的一半重叠，以便提供180°视野。这可提供更精细的180°视野图像。在实施例中，可从输入元件LNS1移除一个或多个部段，以提供小于360°的视域。在实施例中，输入元件LNS1可包括一个或多个孔，例如用于将输入元件LNS1附接到一个或多个其他部件。具体地，输入元件LNS1可包括中心孔。输入元件LNS1可包括一个或多个突起，例如用于将输入元件LNS1附接到一个或多个其他部件。方向SY可被称作例如竖直方向，并且方向SX和SY可被称作例如水平方向。方向SY可平行于轴线AX0。重力方向可基本平行于轴线AX0。但是，重力方向也可以相对于轴线AX0是任意的。成像装置500可相对于其周围环境具有任何方向。图11示出就输入元件LNS1的径向尺寸和竖直位置。输入表面SRF1可具有下边界，下边界具有半直径rSRF1B。下边界可限定参考平面REF0。输入表面SRF1可具有上边界，上边界具有半直径rSRF1A。上边界可相对于参考平面REF0处于竖直位置hSRF1A。表面SRF2可具有下边界，下边界具有半直径rSRF2B。表面SRF2可具有上边界，上边界具有半直径rSRF2A和竖直位置hSRF2A。表面SRF3可具有边界，该边界具有半直径rSRF3和竖直位置hSRF3。表面SRF4可具有边界，该边界具有半直径rSRF4和竖直位置hSRF4。例如，折射输出表面SRF4的边界的竖直位置hSRF4可高于反射表面SRF2的上边界的竖直位置hSRF2A。例如，反射输出表面SRF3的边界的竖直位置hSRF3可高于输入表面SRF1的上边界的竖直位置hSRF1A。表1.1至1.3示出与示例1的成像装置相关联的参数、系数和额外数据。表1.1.示例1的成像装置500的一般参数。有效F数-Feff1:2.0仰角的上限θMAX+38°仰角的下限θMIN-2°焦距f11.4mmSRF3和图像传感器DET1之间的距离26mm输入元件LNS1的外直径28mm图像IMG1的外半径rMAX1.75mm图像IMG1的内半径rMIN0.95mm表1.2.示例1的表面的特征参数。表面类型半径(mm)厚度(mm)折射率阿贝数Vd直径(mm)1(SRF1)超环面-29.212.31.53156不适用2坐标断点13(SRF2)奇次非球面无限-51.53156264(SRF3)偶次非球面184.95.41.53156125(SRF4)偶次非球面4.086空气空气7.26偶次非球面-2321.531566.47偶次非球面-9.2515空气空气6.48孔径光阑0.27空气空气2.69标准3.171.4361.58759.63.410标准-3.550.621.68931.23.411标准10.121.47空气空气3.812偶次非球面-3.30.91.531563.413偶次非球面-2.510空气空气414偶次非球面3.611.071.531564.615偶次非球面3.081.4空气空气4.616平面无限0.51.51764.26.2SRF17平面无限1.5空气空气6.2SRF18图像3.5表1.3.用于限定示例1的表面的形状的系数和额外数据。表面α1α2α3α4旋转半径孔径偏心y1(SRF1)-0.0344.467E-04-3.61E-06012.33.5偏心x偏心y倾角x倾角y200-900α1α2α3α4孔径rmin孔径rmax3(SRF2)0.4520005.013.0β1β2β3β44(SRF3)-1.194E-03-3.232E-041.195E-060α1α2α3α45(SRF4)0.12-0.0166.701E-04-2.588E-05α1α2α3α460.047-5.632E-03-2.841E-05-1.655E-05α1α2α3α47-2.536E-03-3.215E-03-5.943E-05-5.695E-07α1α2α3α4α512-3.833E-03-5.141E-041.714E-03-4.360E-041.309E-04α1α2α3α4α513-0.0889.328E-037.336E-03-1.670E-033.009E-04α1α2α3α4α5140.065-0.031-4.011E-04-2.644E-046.290E-05α1α2α3α4α5150.168-0.0753.363E-046.978E-04-6.253E-05标准表面可意味着以光学轴线AX0为中心的球面，其中，顶点位于当前轴线位置。平面可作为具有无限曲率半径的球面的特殊情形处理。标准表面的z坐标可由下式给出：（4）r表示半径，即点与轴线AX0的水平距离。z坐标表示所述点与标准表面的顶点的竖直距离。z坐标也可被称作垂度。c表示表面的曲率（即半径的倒数）。K表示圆锥常数。对于双曲面，圆锥常数K小于-1。对于抛物面，圆锥常数K为-1。对于椭球面，圆锥常数K在-1至0的范围内。对于球面，圆锥常数K为0。对于扁椭球面，圆锥常数K大于0。可通过限定SY-SZ平面中的曲线,并且然后围绕轴线AX0旋转所述曲线，来形成超环面表面。可利用SY-SZ平面中的基础曲率半径以及圆锥常数K和多项式非球面系数限定超环面表面。SY-SZ平面中的曲线可由下式限定：（5）α1、α2、α3、α4、α5…表示多项式非球面常数。y表示点与轴线AX0的水平距离。z坐标表示所述点与表面的顶点的竖直距离。c表示曲率，并且K表示圆锥常数。然后围绕轴线AX0以与顶点的距离R旋转方程式（5）的曲线，以限定超环面表面。距离R可被称作，例如，旋转半径。偶次非球面可由下式限定：（6）α1、α2、α3、α4、α5…表示多项式非球面常数。r表示半径，即点与轴线AX0的水平距离。z坐标表示所述点与表面的顶点的竖直距离。c表示曲率，并且K表示圆锥常数。奇次非球面可由下式限定：（7）β1、β2、β3、β4、β5…表示多项式非球面常数。r表示半径，即点与轴线AX0的水平距离。z坐标表示所述点与表面顶点的竖直距离。c表示曲率，并且K表示圆锥常数。每个多项式非球面常数的默认值可以是零，除非已经指示了非零的值。在奇次非球面的情形中，至少一个奇次幂（例如r1、r3、r5）的系数（β1、β2、β3、β4、β5）偏离零。在偶次非球面的情形中，奇次幂（例如r1、r3、r5）的系数（β1、β2、β3、β4、β5）为零。已经根据在Zemax软件（ZEMAXOpticalDesignProgram,User'sManual，2013年10月8日）的操作手册中限定的坐标系统指示了表中所示的值。该操作手册可由美国雷德蒙德的RadiantZemax,LLC公司提供。图12示出示例，其中，成像装置500不需要包括在输入元件LNS1和孔径光阑AS1之间的束调整单元200。在此情形中，输入元件LNS1可直接提供中间束B5k。表2.1至2.3示出与示例2相关联的参数，其中，输入元件LNS1的输出束经由孔径光阑AS1直接导引。表2.1.示例2的成像装置500的一般参数。有效F数Feff1:3.8仰角的上限θMAX+11°仰角的下限θMIN-11°焦距f11.26mm总系统高度20mm输入元件LNS1的外直径24mm图像盘外半径rMAX1.6mm图像盘内半径rMIN0.55mm表2.2.示例2的表面的特征参数。表面类型半径厚度折射率n阿贝数Vd直径1(SRF1)超环面-41.27121.53156N/A2坐标断点23(SRF2)奇次非球面无限-4.51.5315621.44(SRF3)偶次非球面-11.196.851.5315685(SRF4)偶次非球面-6.334.04空气空气5.46孔径光阑0.5空气空气0.927标准-3.0560.811.68931.31.68标准-2.9231.211.67854.92.49标准-3.5510空气空气3.210偶次非球面3.1322.621.531563.611偶次非球面-3.1030.11空气空气3.612偶次非球面13.40.871.531563.213偶次非球面5.7051.26空气空气2.616标准无限0.51.51764.2317标准无限0.5空气空气318图像3.5表2.3.用于限定示例2的表面的形状的系数和额外数据。表面α1α2α3α4旋转半径孔径偏心y1(SRF1)6.087E-032.066E-0600126偏心x偏心y倾角x倾角y200-900β1β2β3β4孔径rmin孔径rmax3(SRF2)0.6430003.010.7α1α2α3α44(SRF3)9.698E-04-5.275E-061.786E-080α1α2α3α45(SRF4)-2.118E-042.360E-043.933E-060α1α2α3α4100-1.085E-03-1.871E-036.426E-04α1α2α3α4110-3.378E-03-7.316E-047.510E-04α1α2α3α4α5120-3.026E-03-3.976E-03-4.296E-030.000E+00α1α2α3α4α51300.095-0.018-1.125E-030.000E+00符号E-03意味着10-3，E-04意味着10-4，E-05意味着10-5，E-06意味着10-6，E-07意味着10-7，并且E-08意味着10-8。例如，当输入束B0k的波长在450nm至650nm的范围时，可使用示例1的装置500（在表1.1、1.2、1.3中说明）和/或示例2的装置500（在表2.1、2.2、2.3中说明）。示例1的装置500（表1.1、1.2、1.3）和/或示例2的装置（表2.1、2.2、2.3）可为从450nm至650nm的全波长范围同时提供高性能。示例1或2的装置500可用于，例如，通过接收可见输入光捕捉彩色图像IMG1。示例1或2的装置500还可，例如根据图像传感器DET1的大小，按比例放大或缩小。装置500的光学元件可被选择成使得光学图像IMG1的大小可匹配图像传感器DET1的大小。成像装置的尺寸可通过，例如，用示例1或2的尺寸乘以常数值确定。所述常数值可被称作，例如，按比例放大因数或按比例缩小因数。参照图13，图像传感器DET1可包括多个检测器像素PIX。检测器像素PIX可被布置成二维矩形阵列。单个像素PIX可具有宽度WPIX。图像传感器DET1的检测器像素PIX可具有宽度WPIX。像素宽度WPIX可以在例如1μm至10μm的范围内。图像传感器DET1可检测到的最高空间频率νCUT1可被称作图像传感器DET1的截止空间频率νCUT1。图像传感器DET1可检测到的最高空间频率νCUT1可等于0.5/WPIX（=0.5线对/WPIX）。例如，当像素宽度WPIX等于7μm时，截止频率νCUT1可等于71线对/mm。在实施例中，输入元件LNS1的光学表面的形状和孔径光阑AS1的直径dAS1可被选择成使得，对于在0°至+35°范围内的每个仰角θk，在截止空间频率νCUT1处成像装置500的调制传递函数MTF可大于50%，其中，截止频率νCUT1等于0.5/WPIX，并且装置500的有效F数Feff可在例如1.0至5.6的范围内。在第一空间频率ν1处并且在每个所述仰角θk，调制传递函数可沿光学图像IMG1的径向方向和切向方向大于50%。在实施例中，还可基于图像传感器DET1的大小评估成像光学器件500的性能。图像传感器DET1可具有对角尺寸SDET1。参考空间频率νREF可根据以下方程式确定：（8）输入元件LNS1的光学表面的形状和孔径光阑AS1的直径dAS1可被选择成使得，对于在0°至+35°范围内的每个仰角θk，在参考空间频率νREF处成像装置500的调制传递函数MTF可大于40%，其中，参考空间频率νREF根据方程式（8）确定，并且装置500的有效F数Feff可在例如1.0至5.6的范围内。在参考空间频率νREF处并且在每个所述仰角θk，调制传递函数可沿光学图像IMG1的径向方向和切向方向大于40%。例如，传感器的对角尺寸SDET1可基本等于5.8mm。根据对角尺寸5.8mm利用方程式（8）计算的参考空间频率νREF可基本等于74线对/mm。图9c的曲线示出了示例1的成像装置500的调制传递函数MTF满足以下条件，即，对于仰角θk=0°、θk=20°和θk=35°，在参考空间频率νREF=74线对/mm处调制传递函数MTF沿光学图像的径向方向和切向方向大于50%。替代地，参考空间频率νREF还可根据以下方程式确定：（9）其中，dMAX表示图像IMG1的外直径。通常，光学图像IMG1的空间分辨率不需要高于检测器像素的大小。可根据方程式（9）确定参考空间频率νREF，从而使得对很小图像的空间分辨率的要求可比在更大图像的情形中更加宽松。例如，对于外直径dMAX=2mm，利用方程式（9）计算的参考空间频率νREF可基本等于71线对/mm。对应于外直径dMAX=3.5mm的参考空间频率νREF可基本等于53线对/mm。对应于外直径dMAX=10mm的参考空间频率νREF可基本等于32线对/mm。对于在0°至+35°范围内的每个仰角θk，在参考空间频率νREF处成像装置500的调制传递函数MTF可大于40%，并且参考空间频率νREF可等于100线对/mm除以环形光学图像IMG1的无量纲外直径dMAX/mm的平方根。通过用环形光学图像IMG1的外直径dMAX除以毫米计算无量纲外直径dMAX/mm。输入元件LNS1的光学表面的形状和孔径光阑AS1的直径dAS1可被选择成使得，对于在0°至+35°范围内的每个仰角θk，在参考空间频率νREF处成像装置500的调制传递函数MTF可大于40%，其中，参考空间频率νREF根据方程式（9）确定，并且装置500的有效F数Feff可在例如1.0至5.6的范围内。在参考空间频率νREF处并且在每个所述仰角θk，调制传递函数可沿光学图像IMG1的径向方向和切向方向大于40%。符号mm意味着毫米，即，10-3米。对于本领域技术人员来说，清楚的是可以想到根据本发明的装置和方法的调整和改变。附图是示意性的。上文参考附图描述的特定实施例仅是说明性的并且并不意图限制由所附权利要求限定的本发明的范围。当前第1页1 2 3