本申请涉及光学领域，具体涉及光学成像系统
技术领域：
，尤其涉及全景光学系统。
背景技术：
：全景光学成像系统在安防监控、车载摄录、虚拟现实等场景中具有广泛的应用。现有的全景光学系统通常利用两组视场角超过180°的广角摄像镜头组合，分别利用两个成像传感器配合两组广角摄像镜头来分别成像，之后采用图像拼接技术将两个成像传感器所采集到的图像进行拼接来生成全景图像。由于不同的成像传感器芯片的感光参数不同，两个成像传感器采集到的图像在画面质量上存在差异，且两个成像传感器在时间处理上也可能存在不一致，图像拼接后生成的全景图像可能存在色温、色差不均一的情况。技术实现要素：为了解决上述
背景技术：
部分提到的一个或多个技术问题，本申请实施例提供了全景光学系统。本申请实施例提供了一种全景光学系统，包括相对设置的两组广角镜头、设置于两组广角镜头之间的直角棱镜以及成像传感器，所述两组广角镜头的光轴重合，所述两组广角镜头的光轴重合，所述直角棱镜的两个反射面与所述两组广角镜头的光轴相交，所述直角棱镜的两个反射面分别将两组广角镜头出射的光线反射至同一成像面，且所述两组广角镜头所成的像在所述成像面上不交叠，所述成像传感器设置于所述成像面；所述广角镜头包括沿靠近直角棱镜的方向依次排列的：第一透镜元件，所述第一透镜元件的物侧面为凸面，所述第一透镜元件的像侧面为凹面；第二透镜元件，所述第二透镜元件的物侧面和像侧面均为凹面；第三透镜元件，由一个物侧面为凸面、像侧面为凹面的透镜与一个物侧面为凸面、像侧面为平面的透镜胶合而成；光阑元件；第四透镜元件，由一个物侧面为平面、像侧面为凸面的透镜与一个物侧面为凹面、像侧面为凸面的透镜胶合而成；第五透镜元件，所述第五透镜元件的物侧面和像侧面均为凸面。在一些实施例中，上述直角棱镜为等腰直角棱镜，等腰直角棱镜的两个反射面与广角镜头的光轴之间的夹角均为45°。在一些实施例中，上述等腰直角棱镜的有效反射面的中心与广角镜头的光轴在同一条直线上。在一些实施例中，上述直角棱镜的顶点脊线方向的长度大于上述直角棱镜的反射面上沿与顶点脊线相交的方向的边长的长度。在一些实施例中，上述广角镜头的主光线角度不小于8°，且上述广角镜头的主光线角度不大于10°。在一些实施例中，上述全景光学系统还包括设置于直角棱镜的出光侧的双滤光片切换器。在一些实施例中，全景光学系统还包括镜框底座，镜框底座包括相互连接且对称设置的第一筒状部件和第二筒状部件，第一筒状部件用于容纳两组广角镜头中的一组，第二筒状部件用于容纳两组广角镜头中的另一组；镜框底座在第一筒状部件和第二筒状部件之间设有凹槽，凹槽包括设置于与第一筒状部件连接的一侧的第一承靠面和设置于与第二筒状部件连接的一侧的第二承靠面，直角棱镜的一个反射面承靠于第一承靠面，直角棱镜的另一个反射面承靠于第二承靠面。在一些实施例中，第一筒状部件和第二筒状部件与广角镜头边沿形状相匹配，两组广角镜头分别嵌合在第一筒状部件的筒状腔体中和所述第二筒状部件的筒状腔体中。在一些实施例中，第一筒状部件和第二筒状部件设置有与广角镜头的边沿相配合的螺纹。在一些实施例中，广角镜头中的第五透镜元件的像侧面与直角棱镜的距离第五透镜元件最近的有效反射面的中心之间的距离为l1，直角棱镜的有效反射面的中心与成像面之间的距离为l2，l1＞0且l1+l2≥5.3mm。本申请实施例提供的全景光学系统，采用一个反射棱镜的两个反射面将两组广角镜头出射的光线传输至同一平面成像，可以共用一个成像传感器成像，使得成像系统中两组广角镜头的同步性增强，有利于提升成像质量。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是根据本申请的全景光学系统的一个实施例的结构示意图；图2是图1中两组广角镜头的成像圆在成像面上的相对位置示意图；图3是根据本申请的全景光学系统的另一个实施例的结构示意图；图4是图3所示全景光学系统中的镜框底座的一个结构示意图；图5a和图5b是图3所示全景光学系统中棱镜的装配方式示意图；图6a是本申请一个实施例的全景光学系统对不同可见光波段光线的像差曲线示意图；图6b是本申请一个实施例的全景光学系统对红外光波段光线的像差曲线示意图；图7a是本申请一个实施例的全景光学系统对可见光波段光线的调制传递函数曲线；图7b是本申请一个实施例的全景光学系统对红外波段光线的调制传递函数曲线；图8a是本申请一个实施例的全景光学系统对可见光波段光线的场曲和畸变示意图；图8b是本申请一个实施例的全景光学系统对红外波段光线的场曲和畸变示意图；图9a是是本申请一个实施例的全景光学系统对可见光波段光线的纵向像差曲线；图9b是本申请一个实施例的全景光学系统对红外波段光线的纵向像差曲线。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发明，而非对该发明的限定。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发明相关的部分。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，其示出了根据本申请实施例的全景光学系统的一个结构示意图。如图1所示，全景光学系统100包括相对设置的两组广角镜头a和b。每组广角镜头的成像角度大于180°。两组广角镜头的光轴重合，如图1所示，广角镜头a和广角镜头b的光轴均为ax。全景光学系统100还包括成像传感器is以及设置于两组广角镜头之间的直角棱镜p。直角棱镜p的两个反射面均与两组广角镜头的光轴ax相交，且直角棱镜的两个反射面分别将两组广角镜头a、b出射的光线反射至同一成像面(成像传感器is所在的平面)。如图1所示，直角棱镜p的一个反射面用于将广角镜头a出射的光线反射至与广角镜头a的光轴平行的平面上，直角棱镜p的另一个反射面用于将广角镜头b出射的光线反射至于广角镜头b的光轴平行的平面上。上述两组广角镜头a所成的像和广角镜头b所成的像在成像面上不交叠。成像传感器is设置于成像面。在这里，两组广角镜头a和b可以具有相同的结构。如图1所示，广角镜头a和b可以关于过中心线ay的平面对称设置。直角棱镜p可以是等腰直角棱镜，也可以是非等腰直角棱镜。当直角棱镜p是等腰直角棱镜时，为了保证两组广角镜头均可以在成像面上成清晰的像，直角棱镜的中心位于两组广角镜头的对称面(即过与光轴垂直的中心线ay的平面)上。上述广角镜头a包括沿靠近直角棱镜p的方向依次排列的：第一透镜元件la1、第二透镜元件la2、第三透镜元件lga1、光阑元件sa、第四透镜元件lga2和第五透镜元件la7。第一透镜元件la1的物侧面为凸面，第一透镜元件la1的像侧面为凹面；第二透镜元件la2物侧面和像侧面均为凹面；第三透镜元件lga1由一个物侧面为凸面、像侧面为凹面的透镜la3与一个物侧面为凸面、像侧面为平面的透镜la4胶合而成；第四透镜元件lga2由一个物侧面为平面、像侧面为凸面的透镜la5与一个物侧面为凹面、像侧面为凸面的透镜la6胶合而成；第五透镜元件la7的物侧面和像侧面均为凸面。上述广角镜头b包括沿靠近直角棱镜p的方向依次排列的：第一透镜元件lb1、第二透镜元件lb2、第三透镜元件lgb1、光阑元件sb、第四透镜元件lgb2和第五透镜元件lb7。第一透镜元件lb1的物侧面为凸面，第一透镜元件lb1的像侧面为凹面；第二透镜元件lb2物侧面和像侧面均为凹面；第三透镜元件lgb1由一个物侧面为凸面、像侧面为凹面的透镜lb3与一个物侧面为凸面、像侧面为平面的透镜lb4胶合而成；第四透镜元件lgb2由一个物侧面为平面、像侧面为凸面的透镜lb5与一个物侧面为凹面、像侧面为凸面的透镜lb6胶合而成；第五透镜元件lb7的物侧面和像侧面均为凸面。本申请实施例提供的全景成像系统，采用一个反射棱镜的两个反射面分别对两组广角镜头出射的光线进行折转，使得两组广角镜头的出射光线在同一平面成像，从而两组广角镜头可以共用一个成像传感器成像，使得成像系统中两组广角镜头的同步性和成像一致性增强，有利于提升全景成像质量。上述全景光学系统中，需要保证两个广角镜头所成的像在成像平面上互不交叠，同时需要保证成像传感器上对两组广角镜头所成的像完整，即保证成像传感器上可以得到两个完整的像圆。请参考图2，其示出了图1中两组广角镜头的成像圆在成像面上的相对位置示意图。如图2所示，成像传感器is上的两个像圆isa和isb分别为两组广角镜头a、b对各自的物空间所成的像。为了避免两个像圆重叠导致单组广角镜头所成的像边缘信息缺失以致全景图像的拼接受到影响，两个像圆之间需要有一定的间隙。如图2所示，像圆a的边缘和像圆b的边缘之间的最小距离δl＞0。此外，在一些实施例中，为了容许一定的装配误差，同时尽可能地缩小整个全景光学系统沿光轴ax方向的尺寸，成像传感器is上的两个像圆之间的距离不适于过大。可以根据实际业务场景中成像传感器的尺寸需求、广角镜头中各透镜元件和棱镜的参数及各透镜元件之间的相对位置关系、透镜元件与棱镜、成像传感器之间的相对位置关系计算得出两个成像圆的边缘之间的距离δl的最大取值。从图1和图2可以看出，两个像圆边缘之间的间距与到达成像面的光线与光轴之间的角度有关，可以通过控制成像面上主光线的角度来控制两个像圆的边缘之间的距离。可选地，在上述实施例的一些可选的实现方式中，广角镜头的主光线角度可以不小于第一预设角度，例如不小于8°，这样，可以保证两个像圆不重叠。进一步地，广角镜头的主光线角度可以不大于第二预设角度，例如不大于10°，以保证广角镜头对物空间成的像不会超出成像传感器的边界。在一些实施例中，上述直角棱镜为等腰直角棱镜，且等腰直角棱镜的两个反射面与广角镜头的光轴之间的夹角为45°。这时，成像传感器is可以关于两组广角镜头之间的中心线ay对称地装配，且成像传感器上的两个像圆的分辨率和尺寸相同，有利于提升图像拼接精度，从而减小全景图像的畸变。此外，两组广角镜头结构相同，若两组广角镜头的最后一个透镜元件(上述第五透镜元件)的像侧面与直角棱镜之间的距离一致，经过与光轴夹角45°的反射面反射后，出射至成像面的光线光程长度相同，从而可以保证两组广角镜头在同一个成像面上都成清晰的像。在另一些实施例中，上述直角棱镜可以是非等腰直角棱镜。和/或上述直角棱镜的反射面与广角镜头的光轴之间的夹角也可以不等于45°。在一些实施例中，上述直角棱镜的有效反射面的中心与广角镜头a、b的光轴在同一条直线上。在这里，有效反射面是在直角棱镜与固定直角棱镜的外壳装配后反射面中未被遮挡的部分，也即反射面中可接收光线的部分。这样，可以在保证直角棱镜的反射面面积足够大以折转广角镜头出射的所有光线的前提下，尽可能地缩小直角棱镜的尺寸，进而缩小整个全景光学系统的尺寸。在一些实施例中，上述直角棱镜的顶点脊线方向的长度大于上述直角棱镜的反射面上沿与顶点脊线相交的方向的边长的长度，其中，顶点脊线是连接两个三角形面的直角顶点的线。也即，直角棱镜的反射面(一般为平行四边形)中，沿垂直于直角三角形面的方向的边长大于另一方向的边长。由于经过广角镜头后，物空间的光线在反射面所成的像为椭圆形状，该椭圆长轴沿顶点脊线方向，短轴沿反射面上与顶点脊线相交的边长的方向。通过设置直角棱镜的顶点脊线方向的长度大于上述直角棱镜的反射面上沿与顶点脊线相交的方向的边长的长度配合光线经过广角镜头后所成的像的形状，可以保证直角棱镜的形状与广角镜头所成的像相匹配。在一些实施例中，上述全景光学系统100还可以包括设置于直角棱镜的出光侧的双滤光片切换器(ir-cut)(图1中以子母f所表示的元件示出)，双滤光片切换器可以自动感应可见光光线强弱变化，并随可见光光线强弱变化自动切换内置的滤光片。在可见光光线强度较高(例如白天)环境下，双滤光片切换器切换至红外截止滤光片工作，在可见光光线强度较低(例如夜晚)环境下，双滤光片切换器切换至全透光谱滤光片工作。这样，可以保证全景光学镜头可以在各种光线环境下工作，在应用于安防监控、智能家居、全景vr等场景中时，可以实现24小时监控。可选地，上述红外截止滤光片的截止波长为850nm。进一步可选地，上述全景光学系统还可以包括用于保护成像传感器is的保护玻璃，保护玻璃可以设置于双滤光片切换器和成像传感器之间，以避免双滤光片切换器的控制电路及机械部件的移动对成像传感器造成损伤。请参考图3，其示出了根据本申请的全景光学系统的另一个实施例的结构示意图，其中简化了广角镜头的结构和相对位置关系。如图3所示，本实施例的全景光学系统200在图1所示全景光学系统100的基础上，还可以包括镜框底座c。镜框底座c用作全景光学系统中的广角镜头、直角棱镜、成像传感器等元件的保护结构。全景光学系统中广角镜头可以是关于中心线ay对称设置的，相应的，镜框底座的结构也可以关于中心线ay对称。镜框底座可以为中空的结构，镜框底座可以具有用于容纳广角镜头的腔体结构，在装配时广角镜头可以由腔体侧面的开口(镜框底座的两侧)被装入腔体结构中。请参考图4，其示出了图3所示全景光学系统中的镜框底座的一个结构示意图。如图4所示，镜框底座c包括相互连接且对称设置的第一筒状部件c1和第二筒状部件c2，第一筒状部件c1用于容纳两组广角镜头中的一组，第二筒状部件c2用于容纳两组广角镜头中的另一组。可选地，第一筒状部件c1和第二筒状部件c2可以与广角镜头的边沿形状匹配，两组广角镜头a、b可以分别嵌合在第一筒状部件c1的筒状腔体中和第二筒状部件c2的筒状腔体中。进一步可选地，第一筒状部件c1和第二筒状部件c2设置有与广角镜头的边沿相配合的螺纹cl。广角镜头a和广角镜头b通过螺纹配合组装固定在镜框底座的两端，螺纹旋拧可以实现两组广角镜头的对焦，使两个广角镜头a和b的焦平面重合。镜框底座c上用于承靠直角棱镜的部分可以与直角棱镜的形状相匹配。镜框底座c在第一筒状部件c1和第二筒状部件c2之间设有凹槽c3。凹槽c3包括设置于与第一筒状部件c1连接的一侧的第一承靠面c31和设置于与第二筒状部件c2连接的一侧的第二承靠面c32，凹槽c3的两个承靠面c31、c32所形成的夹角为直角。直角棱镜的一个反射面承靠于第一承靠面c31，直角棱镜的另一个反射面承靠于第二承靠面c32。继续参考图5a和图5b，其示出了图3所示全景光学系统中棱镜的装配方式示意图，其中图5a是直角棱镜与镜框底座装配之前的结构示意图，图5b是直角棱镜与镜框底座装配之后的结构示意图。如图5a和图5b所示，在装配直角棱镜时，可以将直角棱镜p沿垂直于广角镜头光轴的方向(图5a所示的箭头方向)放置在镜框底座的凹槽c3中，直角棱镜p嵌合在凹槽c3中，直角棱镜p的反射面中距离直角顶点较远的一端承靠在镜框底座的承靠面上。在实践中，可以通过在直角棱镜和凹槽之间点胶来将直角棱镜固定在凹槽中。上述各实施例的全景光学系统中，广角镜头中的第五透镜元件的像侧面与直角棱镜的距离第五透镜元件最近的有效反射面的中心之间的距离为l1，直角棱镜的有效反射面的中心与成像面之间的距离为l2。在一些可选的实施例中，l1＞0且l1+l2≥5.3mm。若广角镜头在成像面上清晰成像，则l1+l2即为广角镜头的后焦长度。满足l1+l2≥5.3mm的全景光学系统可以保证广角镜头具有较长的后焦，一方面保证元件之间的间隔，另一方面可以保证具有足够的空间来装配棱镜、双滤光片切换器、用于保护成像传感器的保护玻璃等元件。进一步可选地，第五透镜元件的像侧面与直角棱镜的距离第五透镜元件最近的有效反射面的中心之间的距离l1还满足l1＞2.3mm，直角棱镜的有效反射面的中心与成像面之间的距离l2还可以满足l2大于3mm，用来保证直角棱镜具有充分的组装空间，且两组广角镜头可以在光轴方向具有一定的移动空间来实现对焦。上述实施例的全景光学系统中，每组广角镜头的视场角大于180°。可选地，每组广角镜头的视场角可以不小于200°，以保证采集到的两幅图像边缘可以提取出足够的特征点来进行拼接。由于全景光学系统具有一定的尺寸，对两个广角镜头的边缘视场光线相交围绕的区域内被系统本身遮挡而无法成像。该不能成像的区域的面积与系统沿光轴方向的总长度正相关。在上述实施例的一些可选的实现方式中，全景光学系统沿光轴方向的长度小于51mm，以避免不能成像的区域面积过大。在上述实施例的一些可选的实现方式中，上述每组广角镜头的畸变小于9％。通过控制广角镜头的畸变参数，可以避免广角镜头所成的像在边缘处畸变过大导致的成像传感器获得的两幅图像的重合宽度过小的问题，有利于提升全景图像拼接的准确度。表1示出了一个示例性的全景光学系统中各光学元件的参数。其中，表面数1到17表示由物侧面开始的透镜表面、入射和出射面、棱镜反射面、光阑面、滤光片表面、成像面等等。r表示表面的曲率，d表示表面与下一个表面之间的间隔，nd表示对d线(589.3nm波长的光线)的折射率，vd表示阿贝数。长度单位为mm。表1全景光学系统各透镜元件的光学参数表面数r/mmd/mmndvd114.121.031.87070540.728624.9433-23.963.671.72916454.66942.844.82513.580.51.88300140.867962.52.91.80810822.69067∞2.218∞(光阑)0.11918.731.411.59282468.624410-2.130.542.00272319.317211-30.1112101.081.55032375.496313-102.3614反射面1.615∞1.151.51679764.212416∞0.23817成像表面表1中，表面1-17依次为：第一透镜元件的物侧面1、第一透镜元件的像侧面2、第二透镜元件的物侧面3、第二透镜元件的像侧面4、第三透镜元件的物侧面5、第三透镜元件的胶合面6、第三透镜元件的像侧面7、光阑面8、第四透镜元件的物侧面9、第四透镜元件的胶合面10、第四透镜元件的像侧面11、第五透镜元件的物侧面12、第五透镜元件的像侧面13、棱镜的反射面14、双滤光片切换器的入射面15、双滤光片切换器的出射面16以及成像表面17。参数如表1所示的光学系统中广角镜头的焦距为0.85mm，f数为2.3，视场角为200°。图6a和图6b分别是本申请一个实施例的全景光学系统中的一组广角镜头对不同可见光波段(0.436μm-0.656μm)光线和红外光波段(0.85μm)的光线的像差曲线示意图，对每个波段示出了不同视场角的像差曲线。其中，横坐标px、py分别为子午光扇上的光线的归一化光瞳坐标和弧矢光扇上的光线的归一化光瞳坐标，纵坐标ex、ey分别为子午光扇内光线与主光线在像面上位置的相对距离和弧矢光扇内光线与主光线在像面上位置的相对距离。子午光扇和弧矢光扇分别为过光瞳x轴的光束剖面和过光瞳y轴的光束剖面。从图6a和图6b可以看出，各视场角下子午光扇和弧矢光扇内不同波段光线与主光线在像面上的相对距离均较小，表明本申请的光学系统中的广角镜头像差较小，具有良好的成像性能。图7a和图7b分别是本申请一个实施例的全景光学系统对可见光波段光线和红外波段光线的调制传递函数(modulationtransferfunction，mtf)曲线。其中衍射极限表示调制传递函数的极限值曲线，在分辨率达到250lp/mm(线对/毫米)是可见光波段的调制传递函数的极限值约为0.6。图7a和图7b还示出了0°视场角、0.7半视场角(70°)、半视场角(100°)的子午方向(t)和弧矢方向(s)的mtf曲线。可以看出，mtf值随分辨率上升的衰减速度较小，当分辨率达到250线对/mm时，根据图7a可以看出可见光波段下各视场的mtf值均大于0.3，根据图7b可以看出红外波段下各视场的mtf值大于0.2，证明本申请实施例提供的全景光学系统具有良好的成像性能。图8a和图8b分别是本申请一个实施例的全景光学系统对可见光波段光线和红外波段光线的场曲和畸变示意图。从图8a和图8b可以看出，可见光下上述全景光学系统在最大视场角的场曲小于0.3mm，红外光下上述全景光学系统在最大视场角的场曲小于0.5mm，场曲曲线偏离纵轴的程度较小。从图8a和图8b可以看出，上述全景光学系统在最大视场角的f-θ畸变小于9％，有利于在后期拼接两组广角镜头分别采集的图像以生成全景图像时减小失真。图9a和图9b分别是本申请一个实施例的全景光学系统对可见光波段光线和红外波段光线的纵向像差(轴上点的球差)曲线。可以看出本申请实施例的全景光学系统的纵向像差不超过0.05mm，表明全景光学系统的轴上点的球差较小，成像失真较小。根据图6a至图9b可以看出，本申请实施例的全景光学系统具有良好的光学成像性能。同时，本申请实施例的全景光学系统能够实现利用一个成像传感器感应两组广角镜头出射的光线，实现了两组广角镜头成像之间的一致性，有利于提升全景成像效果。本申请实施例可以应用于电子设备中，该电子设备包括摄像头，该摄像头包括上述实施例描述的全景光学系统。上述电子设备可以例如为智能手表、平板电脑、手机等。上述电子设备实现了全景成像功能，具有不可成像区域小、体积小等优势，能够满足安防监控、虚拟现实和增强现实等领域的应用。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，本申请中所涉及的发明范围，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发明构思的情况下，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。当前第1页12