[实用新型]一种长焦型全景环形成像镜头

说明书

技术领域

本实用新型属于光学成像镜头技术领域，涉及一种长焦型全景环形成像镜头，特别是一种具有高分辨率、(40°-100°)×360°的超大视场和良好的成像质量的长焦型全景环形镜头。 

背景技术

目前，现有的广角成像镜头无法满足360°全方位获取目标信息的要求。早期的全景成像基本都是用旋转拼接法实现的。旋转拼接法包含单镜头旋转扫描成像和多镜头凝视成像两种形式。单镜头旋转扫描成像是指通过采用单个普通的光学镜头绕着垂直于光轴的机械轴旋转一周进行全景扫描，再通过图像拼接软件进行无缝隙拼接获得全景图像。但是单镜头旋转扫描成像存在一个扫描周期，实时性比较差。多镜头凝视成像是采用许多相同的光学镜头在一周的各个方位进行静态拍摄，将得到的图像进行序列拼接来获取全景图像。虽然多镜头凝视成像是静态拍摄，实时性相对较高，但是比较庞大，成本太高，不利于大量推广应用。鱼眼镜头的视场一般可以达到半球，甚至超过半球。此镜头是传统摄影镜头里视场最大的一种镜头，其结构依然采用广角镜头经常使用的反远距结构，包括负光焦度的前组和正光焦度的后组两个部分，但是其前组和后组要比普通的广角镜头复杂很多，系统设计难度大。用鱼眼镜头得到的图片存在很大的桶形畸变，越靠近边缘畸变越明显。单反射面折反射全景成像是在相机前添加一个反射镜来实现全景成像的，这种成像技术的反射镜的面型需要满足单视点要求。反射镜的加工与安装是其技术难点，尺寸过大是系统存在的缺点。而全景环形透镜成像是采用一个比较特殊的全景环形透镜结构实现全景成像的，其结构紧凑、集成度高、尺寸可以做的很小。 

目前很多领域的全景环形透镜成像系统的分辨率都比较低，在实现全景成像时，分辨率是成像系统的一个很重要的光学性能参数。高分辨需要长焦距，系统具有高分辨率就能够识别距离更远和更小的物体。在远景监测、远距离目标探测 等一些高分辨场合，我们需要利用长焦型全景环形透镜成像结构。 

在先技术中，有一种全景成像镜头(参见“一种全景成像镜头”专利号：CN201110413581.8)具有相当的优点。但是，存在本质不足：(1)全景环形透镜的第一折射面和第一反射面为自由曲面，与球面相比加工难度更大，采用的PMMA工程塑料热膨胀系数大，表面硬度较差，易于擦伤；(2)最后一块透镜的第一面曲率半径比较小，轴外光线以较大的入射角进入透镜，过多的光能被损失，降低了像面的照度，不利于成像质量的提高。此外，最后一块透镜近似平凸透镜，厚度比较大，增加了镜头的重量与成本；(3)全景成像镜头的相对孔径和垂直视场均较小，光学性能需进一步提高；(4)系统的后工作距离短，不利于保护玻璃、滤光片及其它机械结构的安装。 

实用新型内容

本实用新型为了解决已有技术所存在的问题，提供了一种长焦型全景环形成像镜头，具有分辨率高、视场大，相对孔径大、后工作距离长等特点；同时所采用的玻璃均为普通光学玻璃，不含氟化钙和特种玻璃；镜头结构工艺性良好，有利于加工和降低成本。 

本实用新型的基本构思：为了扩大全景环形成像镜头的视场和孔径，在单片式全景环形透镜的基础上加入胶合面，并在其后表面胶合一块平凸透镜形成三胶合全景环形透镜组，采用F2、ZK7和LAF3三种玻璃搭配，再通过弯曲透镜来充分减少透镜组的像差。在转像透镜组中引入两个双胶合透镜，两个不同弯向的胶合面分别用来校正整个镜头的高级像散和高级轴外球差。合理分配转像透镜组各透镜的光焦度，使光束在透镜表面都以小角度入射。通过在负弯月透镜后面密接正透镜来调整转像透镜组主面位置，使镜头近似满足远心结构来提高像面照度均匀性和增大后工作距离。 

基于以上技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：本实用新型提供的一种长焦型全景环形成像镜头，一共由十一片球面透镜构成，包括全景环形透镜组和转像透镜组。全景环形透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜；全景环形透镜组有六个面，且均为球面，其中包括背向物方的第一折射面，朝向物方的第一内反射面，背向物方的第一胶合面，朝向物方的第二内反射面，面型为平面的第二胶合面，朝向物方的第二折射面，第一折射 面的中心内环边缘与第一内反射面的外环边缘相接，第二内反射面的中心内环边缘与第二胶合面的外环边缘相接。第一内反射面和第二内反射面镀高反膜，第一折射面和第二折射面镀增透膜。转像透镜组由绕光轴旋转对称的八片透镜构成，含有负弯月透镜和第一正透镜，其中第二正透镜、第一负透镜相互胶合，第二负透镜、第三正透镜相互胶合。