全景成像系统和电子设备的制作方法

本申请实施例涉及光学领域，具体涉及光学成像系统技术领域，尤其涉及全景成像系统和电子设备。

背景技术：

全景成像是指一次性收录整个球形空间的所有图像信息，具体地，是利用物理光学的球面镜透射加反射原理一次性将水平360°和垂直360°的三维立体空间的图像信息成像，然后通过软件进行转换，以人眼习惯的方式呈现出画面。

由于全景图像能给浏览者三维立体的空间感觉，带来身临其境的真实感，因此，被广泛应用于各种场景，例如，监控、产品展示、视频教学、影音娱乐、虚拟现实等。

现有技术的全景成像系统通常由多个广角镜头拼接而成，例如，由3个以上广角镜头拼接而成，而每个镜头包含若干镜片，从而使得全景成像系统的体积大、成本高。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种全景成像系统和电子设备。

第一方面，本申请实施例提供了一种全景成像系统，包括两组鱼眼镜头，每组鱼眼镜头包括由物侧至像侧依次排列的前镜组、等腰直角反射棱镜、光阑元件和后镜组，两组鱼眼镜头中的两个等腰直角反射棱镜的反射面相胶合形成胶合棱镜；前镜组位于等腰直角反射棱镜的入光面侧，光阑元件和后镜组位于等腰直角反射棱镜的出光面侧，等腰直角反射棱镜的入光面和出光面彼此垂直；前镜组包括由物侧至像侧依次排列的：具有负光焦度的第一玻璃球面透镜，第一玻璃球面透镜的物侧面为凸面，第一玻璃球面透镜的像侧面为凹面；以及具有负光焦度的第二塑胶非球面透镜，第二塑胶非球面透镜的物侧面为凸面，第二塑胶非球面透镜的像侧面为凹面；后镜组包括由物侧至像侧依次排列的：具有正光焦度的第三塑胶非球面透镜，第三塑胶非球面透镜的物侧面为凸面，第三塑胶非球面透镜的像侧面为凹面；第四胶合透镜，第四胶合透镜的物侧面为凸面，第四胶合透镜的像侧面为凹面；以及第五塑胶非球面透镜，第五塑胶非球面透镜的物侧面为凸面，第五塑胶非球面透镜的像侧面为凹面。

在一些实施例中，第四胶合透镜由具有正光焦度的第六塑胶非球面透镜与具有负光焦度的第七塑胶非球面透镜胶合而成；第六塑胶非球面透镜的物侧面和像侧面均为凸面，第七塑胶非球面透镜的物侧面和像侧面均为凹面，并且第六塑胶非球面透镜位于第七塑胶非球面透镜的物侧。

在一些实施例中，两个等腰直角反射棱镜的反射面的尺寸相同。

在一些实施例中，两组鱼眼镜头的前镜组对齐于垂直光轴上并且关于水平光轴对称，两组鱼眼镜头的后镜组对齐于水平光轴上并且关于垂直光轴对称，水平光轴与垂直光轴的交点与胶合棱镜的几何中心重合。

在一些实施例中，第一玻璃球面透镜的凸面中心与胶合棱镜的几何中心之间的距离为6.91mm，分别位于两组鱼眼镜头中的两个第一玻璃球面透镜的凸面中心之间的距离为13.82mm。

在一些实施例中，鱼眼镜头的F-θ畸变小于4％。

在一些实施例中，等腰直角反射棱镜的材料为折射率N_d和阿贝数V_d满足以下条件的玻璃：1.58<N_d<1.62，53<V_d<54。

在一些实施例中，等腰直角反射棱镜的直角边长度不大于4.5mm，鱼眼镜头的外径Ф与光学总长TTL满足：0.7<Ф/TTL<0.8。

在一些实施例中，鱼眼镜头的有效焦距f₀和最大成像圆直径D满足：3.3<D/f₀<3.6；鱼眼镜头的光学后焦f_b和有效焦距f₀满足：1.85<f_b/f₀<1.87。

在一些实施例中，全景成像系统还包括主体筒部件；主体筒部件包括两个筒状的前镜端、两个筒状的后镜端以及介于两个前镜端和两个后镜端之间的空腔，两个前镜端对齐于垂直光轴，两个后镜端对齐于水平光轴；前镜端用于容纳前镜组，后镜端用于容纳后镜组，空腔用于容纳胶合棱镜。

第二方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括摄像头，摄像头包括上述全景成像系统。

本申请实施例提供的全景成像系统和电子设备，采用球面透镜、胶合透镜和非球面透镜组成鱼眼镜头，减少了鱼眼镜头中的镜片的数量，缩小了全景成像系统的体积，同时由于大部分透镜(除了第一玻璃球面透镜之外)为塑胶透镜，从而降低了全景成像系统的成本，另外通过组合对两个对称的半球物空间进行成像的两组鱼眼镜头，能够实现整个球形物空间的全景成像。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本申请一个实施例的全景成像系统的示意性结构图；

图2示出了本申请一个实施例的主体筒部件的立体结构示意图；

图3示出了本申请的电子设备的一个实施例的示意性结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，示出了本申请一个实施例的全景成像系统100的示意性结构图。

如图1所示，全景成像系统100包括两组鱼眼镜头，每组鱼眼镜头的视场角大于等于200°，例如，200°、210°等，由于两组鱼眼镜头的视场角之和超过360°。两组鱼眼镜头可分别接收来自两个对称的半球物空间的入射光线(例如，当两个鱼眼镜头的入光面彼此相背地对称设置时)，在各自的成像面上形成这两个半球物空间的图像，并通过图像拼接处理最终生成整个球形物空间的全景图像。

每组鱼眼镜头包括由物侧至像侧依次排列的前镜组11、等腰直角反射棱镜12、光阑元件13和后镜组14，两组鱼眼镜头中的两个等腰直角反射棱镜12的反射面相胶合形成胶合棱镜，前镜组11位于等腰直角反射棱镜12的入光面侧，光阑元件13和后镜组14位于等腰直角反射棱镜12的出光面侧，等腰直角反射棱镜12的入光面和出光面相互垂直。也就是说，前镜组11接收的入射光线经过等腰直接反射棱镜12进行90度折转之后入射到后镜组14中，使得鱼眼镜头的后镜组相对于前镜组被折转90度，不仅可实现两组鱼眼镜头的对称设置，还可在一定程度上缩小每组鱼眼镜头的结构长度。

前镜组11包括由物侧至像侧依次排列的第一玻璃球面透镜111和第二塑胶非球面透镜112。其中，第一玻璃球面透镜111具有负光焦度，第一玻璃球面透镜111的物侧面为凸面，第一玻璃球面透镜111的像侧面为凹面；第二塑胶非球面透镜112也具有负光焦度，第二塑胶非球面透镜112的物侧面为凸面，第二塑胶非球面透镜112的像侧面为凹面。这里，第一玻璃球面透镜111和第二塑胶非球面透镜112可呈弯月形，增大了全景成像系统的视场角，并且两者的光焦度均为负，能尽量减小光线在各透镜之间的折射角度变化。此外，由于第一玻璃球面透镜111与外部接触，并且采用玻璃材质，因此能提高第一玻璃球面透镜111的耐磨性，从而可延长鱼眼镜头的寿命。

后镜组14包括由物侧至像侧依次排列的第三塑胶非球面透镜141、第四胶合透镜142和第五塑胶非球面透镜143。其中，第三塑胶非球面透镜141具有正光焦度，第三塑胶非球面透镜141的物侧面和像侧面均为凸面，第四球面胶合透镜142的物侧面为凸面，第四球面胶合透镜142的像侧面为凹面，第五塑胶非球面透镜143的物侧面和像侧面均为凸面。

非球面透镜的光通量大、口径范围广，能够实现多片球面透镜组合的成像效果，因此，包含第二塑胶非球面透镜112的前镜组11和包含第五塑胶非球面透镜143的后镜组14均具有较少的镜片数量。并且塑胶非球面透镜与玻璃非球面透镜相比，更易于加工，成本也更低。此外，球面透镜、胶合透镜和非球面透镜搭配使用，能有效改善全景成像系统的色差、场曲等像差问题，在保证成像平面中心分辨率高的同时，使成像平面边缘也具有较高的分辨率。

光阑元件13位于等腰直角反射棱镜12和后镜组14之间，具体地，光阑元件13被设置在等腰直角反射棱镜12的出光面和第三塑胶非球面透镜141的物侧面之间的区域中。通过合理地控制光阑元件13，可以有效地减小等腰直角棱镜的尺寸，减小两个第一玻璃球面透镜111的凸面中心之间的距离。

本实施例中，采用球面透镜、胶合透镜和非球面透镜组成鱼眼镜头，在保证成像质量的前提下减少了鱼眼镜头中的镜片的数量，缩小了全景成像系统的体积，同时由于大部分透镜(除了第一玻璃球面透镜之外)为塑胶透镜，从而降低了全景成像系统的成本，另外通过组合对两个对称的半球物空间进行成像的两组鱼眼镜头，实现了水平360°和垂直360°(即，720°)三维立体空间的全景成像。

在本实施例的一些可选的实现方式中，第四胶合透镜142由第六塑胶非球面透镜1421和第七塑胶非球面透镜1422胶合而成。其中，第六塑胶非球面透镜1421具有正光焦度，而第七塑胶非球面透镜1422具有负光焦度。第六塑胶非球面透镜1421的物侧面和像侧面均为凸面，第七塑胶非球面透镜1422的物侧面和像侧面均为凹面，并且第六塑胶非球面透镜1421位于第七塑胶非球面透镜1422的物侧。

通过将正光焦度的透镜和负光焦度的透镜胶合在一起形成胶合透镜，与使用单一透镜相比，可有效校正色差，进而提高全景成像系统的成像质量。

在本实施例的一些可选的实现方式中，两个等腰直角反射棱镜12的反射面的尺寸相同。通过将两个等腰直角反射棱镜12设计为反射面尺寸相同，并将两个反射面胶合在一起，在保证同样尺寸的有效反射面积的情况下，有效减小了全景成像系统的尺寸。

在本实施例的一些可选的实现方式中，等腰直角反射棱镜12的直角边长度不大于4.5mm，例如，等腰直角反射棱镜12的直角边长度为4.5mm。这样，在保证光通量的情况下，通过减小等腰直角反射棱镜12的尺寸，有利于减小了全景成像系统的体积，使全景成像系统更便于携带。

在本实施例的一些可选的实现方式中，两组鱼眼镜头的前镜组11对齐于垂直光轴VL上并且关于水平光轴HL对称，两组鱼眼镜头的后镜组14对齐于水平光轴HL上并且关于垂直光轴VL对称，并且水平光轴HL与垂直光轴VL的交点与胶合棱镜的几何中心O重合，这里，水平光轴HL与垂直光轴VL彼此垂直相交。

通过将前镜组排布于垂直光轴上、后镜组排布于水平光轴上，并使两个光轴垂直相交于胶合棱镜(例如，正方体胶合棱镜)的几何中心，便于后镜组接收反射后的光线，使各透镜更加紧凑，从而进一步减小全景成像系统的尺寸，同时避免光线在传输过程中产生不必要的损耗，保证成像效果。

尽管图1示出了前镜组11排列于垂直光轴VL上，后镜组14排列于水平光轴HL上，但这仅仅是示意性的。应当理解，前镜组11也可排列于水平光轴HL上，后镜组14也可排列于垂直光轴VL上，本领域的技术人员可以根据实际应用场景的需要进行设置。

在本实施例的一些可选的实现方式中，全景成像系统还包括设置在后镜组14的像侧的滤色片15，用于过滤不期望的颜色的光，从而使得形成的全景图像整体均匀明亮，具有良好的色彩再现性。

在本实施例的一些可选的实现方式中，第一玻璃球面透镜111的凸面中心(例如，图1中的点A)与胶合棱镜的几何中心(例如，图1中的点O)之间的距离为6.91mm，分别位于两组鱼眼镜头中的两个第一玻璃球面透镜111的凸面中心(例如，图1中的点A和点B)之间的距离为13.82mm。由于体积小巧轻便，因此本实施例的全景成像系统除了可应用于传统的安防监控、娱乐拍摄等领域之外，还可应用于轻便穿戴设备、手机数码等电子产品上。此外，两个第一玻璃球面透镜111的凸面中心之间的距离变小，也减小了全景成像系统两侧由于镜头本身的遮挡而不能成像的范围。

在本实施例的一些可选的实现方式中，鱼眼镜头的F-θ畸变小于4％。较小的F-θ畸变能够减小边缘图像的压缩，由于图像拼接处理依赖于图像之间的重叠区域(即，图像边缘区域)，从而有利于提高图像拼接的速度和质量。

在本实施例的一些可选的实现方式中，等腰直角反射棱镜12的材料为折射率N_d和阿贝数V_d满足以下条件的玻璃：1.58<N_d<1.62，53<V_d<54。等腰直角反射棱镜12中的光程远大于实际光线的路径长度，有利于减小鱼眼镜头的尺寸，进而减小全景成像系统的体积。

在本实施例的一些可选的实现方式中，鱼眼镜头的外径Ф与光学总长TTL满足：0.7<Ф/TTL<0.8。

在本实施例的一些可选的实现方式中，鱼眼镜头的外径Ф为11.6mm，光学总长TTL为15.26mm。

在本实施例的一些可选的实现方式中，鱼眼镜头的有效焦距f₀和最大成像圆直径D满足：3.3<D/f₀<3.6。这样，可以保证成像平面足够大，并且有效焦距较小，在扩大视场角的同时能够配合大尺寸的成像探测器完成图像采集。

在本实施例的一些可选的实现方式中，鱼眼镜头的最大成像圆直径D为3.4mm。

在本实施例的一些可选的实现方式中，鱼眼镜头的光学后焦f_b和有效焦距f₀满足：1.85<f_b/f₀<1.87。

在本实施例的一些可选的实现方式中，鱼眼镜头的光学后焦f_b为1.86mm。相对大的后焦可简化后期结构设计并且易于对焦。

在本实施例的一些可选的实现方式中，边缘视场的照度为77％，使得形成的全景图像的亮度更加均匀，提高成像质量。

在本实施例的一些可选的实现方式中，鱼眼镜头的视场角θ满足：200°≤θ≤220°。

这样，可以保证每组鱼眼镜头的成像平面距离全景成像系统的中心位置(例如，几何中心O)较近，有利于缩小全景成像系统的体积，同时保证每组鱼眼镜头都具有足够大的视场角，从而进一步减小不能成像的区域。

在本实施例的一些可选的实现方式中，每组鱼眼镜头的视场角θ为210°。

此外，由于图像拼接的速度和质量通常取决于两幅图像的重叠区域和匹配特征点的数量，而每组鱼眼镜头的视场角θ超过200°，因此由两组鱼眼镜头获取的两幅空间平面图像可具有至少20°的重叠区域，这样在进行图像拼接时，能获取更多的匹配特征点，从而提高全景图像的拼接速度以及拼接后的全景图像的图像质量。

本实施例的全景成像系统具有较低的成本和较小的体积。

在一些实施例中，全景成像系统还可以包括主体筒部件，如图2所示，其示出了本申请一个实施例的主体筒部件的立体结构示意图。

本实施例中，主体筒部件200可包括两个前镜端21、22和两个后镜端23、24以及介于两个前镜端21、22与两个后镜端23、24之间的空腔25。

前镜端21、22呈筒状，用于容纳前镜组(例如，图1所示的前镜组11)，并且两个前镜端21、22对齐于垂直光轴VL。后镜端23、24也呈筒状，用于容纳后镜组(例如，图1所示的后镜组14)，并且两个后镜端23、24对齐于水平光轴HL。空腔25用于容纳两个等腰直角反射棱镜(例如，图1所示的等腰直角反射棱镜12)胶合而成的胶合棱镜。

本实施例中，主体筒部件可以根据全景成像系统的外形结构被设置成具有空腔的结构，能够有效地对两组鱼眼镜头进行固定和保护，并且易于加工和组装，降低了全景成像系统的生产成本。

本申请实施例还提供了一种电子设备300，如图3所示。其中，电子设备300可包括摄像头301，摄像头301包括上述实施例描述的全景成像系统。本领域的技术人员应当理解，电子设备300除了包括如上的全景成像系统之外，还可以包括一些其它的公知的结构。为了不模糊本申请的重点，将不再对这些公知的结构进行进一步描述。

本申请的电子设备可以是任何包含如上的全景成像系统的设备，包括但不限于如图3所示的智能手机300、行车记录仪、全景相机等等。只要电子设备包含了本申请公开的全景成像系统的结构，便视为落入了本申请的保护范围之内。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。