一种球面全景成像镜头的制作方法

本实用新型涉及光学系统和器件设计技术领域，具体涉及一种球面全景成像镜头。

背景技术：

目前，360°全景监控系统中常用的鱼眼镜头成像质量不好，并且结构复杂，体积大，重量大。鱼眼镜头需要旋转和倾斜才能够完成预定范围内的成像；鱼眼镜头通过可移动式部件完成旋转和倾斜，旋转和倾斜装置易导致日常磨损。并且当需要观察全景图像时，在多个屏幕间需要转换屏幕和角度在任何同一时刻。鱼眼镜头的上述特点增加了成本及控制难度。

因此，开发一种能够克服上述缺点的全景镜头势在必行。现有全景镜头通常包括沿同一光轴排列的全景透镜、多个光学透镜和影像传感器，光学透镜以及全景透镜分别获得前方以及环绕光学透镜光轴360度环场的全景光线，影像感测器能够接收从全景透镜以及成像透镜入射的光线形成全景图像。本实用新型通过对现有全景镜头的优化升级研发出一种能够实现高清成像的球面全景成像镜头。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种球面全景成像镜头，以实现全视角超广角成像，且结构紧凑、体积小巧、便于安装的效果。

本实用新型的技术方案如下：

一种球面全景成像镜头，包括折反射镜组和中继镜组依次排列；其中，折反射镜组具有同轴布置并沿折反射镜组至中继镜组方向依次排列的折反射第一透镜(21)和折反射第二透镜(22)，折反射第一透镜(21)和折反射第二透镜(22)通过连接面连接；折反射第一透镜(21)具有第一折射面(12)和第二内反射面(14)；第一折射面(12)的中心内环边缘与第二内反射面(14)的外环边缘相接；折反射第二透镜(22)具有第一内反射面(13)和第二折射面(16)；第一内反射面(13)的内环边缘与第二折射面(16)的外环边缘相接。

进一步地，所述连接面为平面。

进一步地，中继镜组与折反射镜组同轴布置。

进一步地，中继镜组由8片透镜组成；分别为第一透镜(1)，第二透镜(2)，第三透镜(3)，第四透镜(4)，第五透镜(5)，第六透镜(6)，第七透镜(7)，第八透镜(8)。

进一步地，第一透镜包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球形凸面；另一折射面为球形凹面。

进一步地，所述像面处设置探测器接收光学图像。

进一步地，所述探测器的靶面大于9.5mm×9.5mm，接收完整的环形图像。

进一步地，所述探测器的靶面为9.5mm×4.8mm，偏心安装，接收半环形图像。

本实用新型相对现有技术具有的优点和有益效果为；

1)球面全景成像镜头提供适当的角放大倍率以扩大视场。

2)本实用新型球面全景成像镜头的视场和孔径都很大，较长的后工作距离确保了其它零件的安装空间。

3)所有透镜均为球面透镜，结构工艺性良好，有利于加工和降低成本。

附图说明

附图1为本实用新型球面全景成像镜头结构示意图。

附图2为本实用新型球面全景成像镜头光路示意图。

其中，1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-第四透镜，5-第五透镜，6-第六透镜，7第七透镜，8-第八透镜，9-像面，12-第一折射面，13-第一内反射面，14-第二内反射面，15-连接面，16-第二折射面，21-折反射第一透镜，22-折反射第二透镜。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述，以下实施例有助于对本实用新型的理解，是比较好的应用实例，但不应看作是对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型为一种球面全景成像镜头。包括折反射镜组和中继镜组依次排列；其中，折反射镜组具有同轴布置并沿折反射镜组至中继镜组方向依次排列的折反射第一透镜21和折反射第二透镜22，折反射第一透镜21和折反射第二透镜22通过连接面连接。中继镜组由8片透镜组成。

折反射第一透镜21具有第一折射面12和第二内反射面14，第一折射面12为通光口径为25-119mm的球形凸面，距连接面距离为40mm；第二内反射面14为通光口径为25mm的球形凹面，距连接面距离为37.5mm；第一折射面12的中心内环边缘与第二内反射面14的外环边缘相接；折反射第二透镜22具有第一内反射面13和第二折射面16；第一内反射面13为通光口径为21-72mm的球形凹面，距连接面距离为30mm；第二折射面16为通光口径为21mm的平面，，距连接面距离为28.7mm；第一内反射面13的内环边缘与第二折射面16的外环边缘相接。

球面全景成像镜头提供适当的角放大倍率以扩大视场。本光学系统光学视场为±30°至±90°，焦距为3mm。设计时主要兼顾系统焦距和结构尺寸的要求，在各视场光路无遮拦的前提下进行像差校正。折反射镜组没有进行独立校像差设计，而是允许系统保留一定量的正场曲，从而有利于整个全景系统的像差平衡。中继镜是一个大相对孔径，中等视场的光学系统，对光线会聚作用强烈，容易产生负场曲，可以与反射镜组残余的正场曲平衡。另外，要适当控制正场曲的残余量，同时，球面全景成像镜头属于大像差系统，为减少各像差高级量，应尽量控制初级像差。设计初始结构时，为避免产生大量的像散、场曲，需使两反射面的曲率半径近似相等。

如图1所示，像面处设置探测器接收光学图像。

中继镜组与折反射镜组同轴布置。中继镜组中8片透镜分别为第一透镜1，第二透镜2，第三透镜3，第四透镜4，第五透镜5，第六透镜6，第七透镜7，第八透镜8。中继镜组中各透镜间均具有间隙。各透镜厚度及曲率半径均不相同。透射式中继镜的作用是将反射镜组所成的虚像以适当倍率成像到像面上。要保证光瞳匹配，并将光学系统像差校正到一定状态以便与折反射镜组像差相互平衡。另外，中继镜组结构紧凑，透镜间不宜分离过远。虽然前组光线高度略大，但后组已承担部分光焦度，受系统入瞳距限制，前组不适合再引入负光焦度。

中继镜组具体布置如下，具体参数见表1。

表1 球面全景成像镜头光学数据

第一透镜1与折反射透镜组间隔为6mm。第一透镜1厚度为4.6mm。第一透镜1包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球形凸面，通光口径为20mm；另一折射面为球形凹面，通光口径为17.2mm。

第二透镜2与第一透镜1间隔为2.1mm。第二透镜2厚度为5.1mm。第二透镜2包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球形凸面，通光口径为17.2mm；另一折射面为球形凹面，通光口径为17mm。

第三透镜3与第二透镜2间隔为2.4mm。第三透镜3厚度为15mm。第三透镜3包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球形凹面，通光口径为17.8mm；另一折射面为球形凸面，通光口径为363mm。

第四透镜4与第三透镜3间隔为1.3mm。第四透镜4厚度为10.2mm。第四透镜4包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球形凹面，通光口径为29mm；另一折射面为球形凹面，通光口径为34mm。

第五透镜5与第四透镜4间隔为0.2mm。第五透镜5厚度为11.4mm。第五透镜5包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球形凸面，通光口径为40mm；另一折射面为球形凹面，通光口径为41mm。

第六透镜6与第五透镜5间隔为5mm。第六透镜6厚度为8.6mm。第六透镜6包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球形凸面，通光口径为40mm；另一折射面为球形凹面，通光口径为38mm。

第七透镜7与第六透镜6间隔为0.2mm。第七透镜7厚度为10.3mm。第七透镜7包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球形凸面，通光口径为33.2mm；另一折射面为球形凸面，通光口径为29mm。

第八透镜8与第七透镜7间隔为0.9mm。第八透镜8厚度为4.3mm。第八透镜8包含2个折射面，靠近折反射镜组方向折射面为球形凹面，通光口径为28mm；另一折射面为球形凸面，通光口径为22mm。第八透镜8与像面间隔为18mm。

在另一优选实施方案中，折反射镜组中所述连接面为平面。

在另一优选实施方案中，第一内反射面13和第二内反射面14镀高反膜。第一折射面12、第二折射面16镀增透膜。

探测器靶面若大于9.5mm×9.5mm，则可接收到完整的环形图像。探测器靶面若为9.5mm×4.8mm，则偏心安装，可满足半环形成像。

上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用本实用新型的相似结构、方法及其相似变化方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围。