CN102455588A - 全景拍摄系统 - Google Patents
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Abstract
一种全景拍摄系统,其包括全景镜头以及连接全景镜头的成像镜头,全景镜头的光轴垂直于成像镜头的光轴。所述成像镜头包括一入瞳面,所述全景镜头从物侧到像侧依次包括全景透镜、中继透镜以及反射元件。所述全景透镜包括使侧向光从360度全周射入的具有正屈光度的环形入光面、一具有正屈光度的环形反射面、与位于环形入光面朝向物侧一端的第一圆周边缘相连接的具有负屈光度的圆形反射面、及与位于环形反射面朝向像侧一端的第三圆周边缘相连接的具有正屈光度的圆形出光面。所述中继透镜接收从所述圆形出光面出射的光并出射至反射元件,反射元件将接收到的光线反射至成像镜头的入瞳面,并由所述成像镜头形成全景图像,从而可以获得不同光轴方向上的全景影像。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学系统,尤其涉及一种全景拍摄系统。
背景技术
现有的全景拍摄系统通常包括依次沿同一光轴排列的全景透镜、多个光学透镜以及影像感测器,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。然而,在此种光路设计中,全景透镜的光线必须通过光学透镜才能够到达影像感测器,只能获得同一光轴方向上的景物,而无法获得不同光轴方向上的景物,无法满足消费者对广角影像的多种需求。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种可以获得不同光轴方向上的全景影像的全景拍摄系统。
一种全景拍摄系统,其包括全景镜头以及连接全景镜头的成像镜头,全景镜头的光轴垂直于成像镜头的光轴。所述成像镜头包括一入瞳面,所述全景镜头从物侧到像侧依次包括全景透镜、中继透镜以及反射元件。所述全景透镜包括使侧向光从360度全周射入的具有正屈光度的环形入光面、一具有正屈光度的环形反射面、与位于环形入光面朝向物侧一端的第一圆周边缘相连接的具有负屈光度的圆形反射面、及与位于环形反射面朝向像侧一端的第三圆周边缘相连接的具有正屈光度的圆形出光面。所述中继透镜接收从所述圆形出光面出射的光并出射至反射元件,反射元件将接收到的光线反射至成像镜头的入瞳面,并由所述成像镜头形成全景图像。
相对于现有技术,本发明所提供的全景拍摄系统通过在全景镜头内设置反射元件,无需将全景镜头与成像镜头的光轴限定在直线方向上,减少了全景拍摄系统的厚度,同时可以获得不同光轴方向上的全景影像,满足不同消费者的需求。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的全景拍摄系统的光路结构示意图。
主要元件符号说明
全景拍摄系统 100
全景透镜 10
中继透镜 12
反射元件 14
第一圆周边缘 101
第二圆周边缘 102
第三圆周边缘 103
第四圆周边缘 104
连接面 105
全景镜头 110
成像镜头 120
入瞳面 121
成像面 123
环形入光面 S1
环形反射面 S2
圆形反射面 S3
圆形出光面 S4
进光面 S5
出光面 S6
光轴 O1、O2
具体实施方式
如图1所示,本发明实施方式提供一种全景拍摄系统100,其包括全景镜头110以及连接全景镜头110的成像镜头120。本实施方式中,所述全景拍摄系统100用于一摄像机(图未示)中,所述成像镜头120设置在摄像机内,全景镜头110外挂在摄像机外,且全景镜头110的光轴与成像镜头120的光轴相互垂直。可以理解,所述全景拍摄系统100还可以用于具有拍摄功能的手机或者相机中。
所述成像镜头120从物侧到像侧依次包括多个成像透镜以及一影像感测器,所述成像透镜形成有一入瞳面121,所述影像感测器形成有一成像面123,通过所述入瞳面121的光能够到达成像面123并在影像感测器上形成影像信号。本实施方式中,O1为该成像镜头120的光轴。所述影像感测器可以为电荷耦合器件图像传感器(CCD,Charge Coupled Device)或互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS,Complementary Metal Oxide Semiconductor)以及其他图中未示出的必要的控制元件。
所述全景镜头110从物侧到像侧依次包括全景透镜10、中继透镜12及反射元件14。本实施方式中,O2为所述全景镜头110的光轴,O2与O1成90度夹角。
所述全景透镜10由光学玻璃或塑胶形成。本实施方式中,所述全景透镜10为塑胶镜片。所述全景透镜10的几何对称轴线与所述全景镜头110的光轴O2共轴。所述全景透镜10包括环形入光面S1、环形反射面S2、圆形反射面S3及圆形出光面S4。
所述环形入光面S1为一个近似圆台体的侧面,该侧面关于全景镜头110的光轴O2旋转对称。所述环形入光面S1包括朝向物侧的第一圆周边缘101,及朝向像侧的第二圆周边缘102,第一圆周边缘101的直径小于第二圆周边缘102的直径,第二圆周边缘102上的每一点与所述第一圆周边缘101上的对应点之间的距离均相等。以光线入射方向为参照,所述环形入光面S1为具有正屈光度的表面,其沿光轴O2朝向物侧呈凸面镜状鼓起,环绕所述环形入光面S1360度的光线投射到环形入光面S1上,从而进入所述全景透镜10内。本实施方式中,所述全景透镜10能够沿360度圆周接收从-10°到40°夹角的景物光线。
所述环形反射面S2也关于全景镜头110的光轴O2旋转对称。所述环形反射面S2包括位于所述环形反射面S2朝向像侧一端的第三圆周边缘103,及位于所述环形反射面S2朝向物侧一端的第四圆周边缘104,第三圆周边缘103的直径小于第四圆周边缘104的直径,第四圆周边缘104大致等于第二圆周边缘102的直径,第三圆周边缘103上的每一点与所述第四圆周边缘104上的对应点之间的距离均相等。以光线入射方向为参照,所述环形反射面S2为具有正屈光度的表面,其沿光轴O2向像侧呈凸面镜状鼓起。所述圆形反射面S2上镀有反射膜,以将由环形入光面S1折射进入的成像光线反射至所述圆形反射面S3上。
所述圆形反射面S3的边缘与所述环形入光面S1的第一圆周边缘101相连接。所述光轴O2穿过所述圆形反射面S3的几何对称中心。以入射光的方向为参考,所述圆形反射面S3为具有负屈光度的表面,其沿光轴O2朝向像侧呈凹面镜状陷入。所述圆形反射面S3上也镀有反射膜,以将从所述环形反射面S2反射过来的成像光线进一步反射至所述圆形出光面S4。
所述圆形出光面S4的边缘与所述环形反射面S2的第三圆周边缘103相连接。所述光轴O2穿过所述圆形出光面S4的几何对称中心。以入射光的方向为参考,所述圆形出光面S4为具有正屈光度的表面,其沿光轴O2朝向像侧呈凸面镜状鼓起,以将由所述圆形反射面S3反射过来的成像光线折射出所述全景透镜10。
所述环形反射面S2的第四圆周边缘104与所述环形入光面S1的第二圆周边缘102之间通过一呈平面圆环状的连接面105相连接。所述连接面105的直径大于所述第二圆周边缘102或第四圆周边缘104的直径。
所述中继透镜12为一正屈光度透镜,其包括靠近物侧的进光面S5及靠近像侧的出光面S6,所述进光面S5为负屈光度表面,所述出光面S6为正屈光度表面。所述中继透镜12的至少一面为非球面。所述中继透镜12用于将从全景透镜10射出的成像光线朝光轴O2汇聚。本实施方式中,所述中继透镜12为塑胶镜片,以降低成本且减轻质量。
所述反射元件14为平面镜或反射棱镜。本实施方式中,所述反射元件14的反射面与所述成像镜头120的光轴O1以及全景镜头110的光轴O2分别形成45度夹角,所述反射元件14能够反射从所述中继透镜12的出光面S6出射的全部光线。可以理解,可任意设置反射元件14与成像镜头120的光轴O1以及全景镜头110的光轴O2的夹角,例如可以是30度或60度等。
所述成像光线由所述环形入光面S1上的任意点折射进入全景透镜10内部,再于所述环形反射面S2上进行反射,从环形反射面S2反射的光线经过所述圆形反射面S3再次反射至所述圆形出光面S4,并从圆形出光面S4出射至所述中继透镜12汇聚,汇聚后的光线经由所述反射元件14反射后,进入所述成像镜头120形成全景图像。所述全景透镜10所捕捉的360度全景风景11经过中继透镜12和入瞳面121后于所述成像面123上成像,所述影像感测器将形成的全景图像转换为对应的电信号,并由液晶、CRT等各种显示装置(图未示)进行显示。
以下结合附表以具体实施方式进一步详细说明全景透镜系统100中的全景透镜10及中继透镜12。其中,R为对应表面的曲率半径,D为对应表面到后一个表面(像侧)的轴上距离(两个表面截得光轴的长度),Nd为对应镜片的折射率,Vd为对应镜片表面的阿贝数(abbe number)。
表1
光学表面 | R(mm) | D(mm) | Nd | Vd |
S1 | 13.21 | 10.3 | 1.5311 | 55.75 |
S2 | -7.56 | -9 | -- | -- |
S3 | -3.2 | 8.1 | -- | -- |
S4 | -10.11 | 6.48 | -- | -- |
S5 | -4.87 | 2.501 | 1.5311 | 55.75 |
S6 | -3.92 | 2.51 | -- | -- |
在本实施方式中,全景透镜10和中继透镜12的每个光学表面均采用非球面。
当全景透镜10和中继透镜12采用非球面光学表面时,其采用的非球面的表达式如下:
其中,z是沿光轴方向在高度为y的位置以表面顶点作参考距光轴的位移值,R为曲率半径,y为镜片高度,k为圆锥定数(Coin Constant),A4为四次的非球面系数(4th order Aspherical Coefficient),A6为六次的非球面系数(6thorder Aspherical Coefficient)。全景透镜10及中继透镜12的非球面系数表如下:
表2
光学表面 | K | A4 | A6 |
S1 | 0.35 | 0 | 0 |
S2 | -2.686 | -7.14478E-04 | 0 |
S3 | -14.778 | -7.76933E-04 | 0 |
S4 | -100 | 2.329132E-03 | 0 |
S5 | -- | -2.71740E-003 | -2.00099E-004 |
S6 | -- | -4.58202E-003 | 2.549446E-005 |
本发明所提供的全景拍摄系统100通过在全景镜头110内设置反射元件14,使得全景镜头110与成像镜头120的光轴O1、O2相互垂直,减少了全景拍摄系统100的厚度,同时可以获得不同光轴方向上的全景影像,满足不同消费者的需求。
本技术领域的普通技术人员应当认识到,以上的实施方式仅是用来说明本发明,而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围之内,对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种全景拍摄系统,其包括全景镜头以及连接全景镜头的成像镜头,全景镜头的光轴垂直于成像镜头的光轴,所述成像镜头包括一入瞳面,所述全景镜头从物侧到像侧依次包括全景透镜、中继透镜以及反射元件,所述全景透镜包括使侧向光从360度全周射入的具有正屈光度的环形入光面、一具有正屈光度的环形反射面、与位于环形入光面朝向物侧一端的第一圆周边缘相连接的具有负屈光度的圆形反射面、及与位于环形反射面朝向像侧一端的第三圆周边缘相连接的具有正屈光度的圆形出光面,所述中继透镜接收从所述圆形出光面出射的光并出射至反射元件,反射元件将接收到的光线反射至成像镜头的入瞳面,并由所述成像镜头形成全景图像。
2.如权利要求1所述的全景拍摄系统,其特征在于:所述成像镜头相对于全景镜头固定设置。
3.如权利要求1所述的全景透镜,其特征在于:所述环形入光面还包括靠近像侧的第二圆周边缘,第二圆周边缘上的每一点与所述第一圆周边缘上的对应点之间的距离均相等,第一圆周边缘的直径小于第二圆周边缘的直径;所述环形反射面还包括靠近物侧的第四圆周边缘,第三圆周边缘上的每一点与所述第四圆周边缘上的对应点之间的距离均相等,第三圆周边缘的直径小于第四圆周边缘的直径,所述第二圆周边缘与所述第四圆周边缘之间通过一呈平面圆环状的连接面相连接。
4.如权利要求1所述的全景透镜,其特征在于:所述环形入光面沿全景镜头的光轴朝物侧鼓起,环形反射面沿全景镜头的光轴朝像侧鼓起,所述圆形反射面沿全景镜头的光轴朝像侧鼓起,所述圆形出光面沿全景镜头的光轴朝像侧鼓起。
5.如权利要求1所述的全景透镜,其特征在于:所述圆形反射面以及环形反射面上镀有反射膜。
6.如权利要求1所述的全景拍摄系统,其特征在于:所述全景透镜为塑胶镜片,所述中继透镜为塑胶镜片。
7.如权利要求1所述的全景拍摄系统,其特征在于:所述中继透镜为一正屈光度透镜。
8.如权利要求7所述的全景拍摄系统,其特征在于:所述中继透镜包括靠近物侧的进光面及靠近像侧的出光面,所述进光面为负屈光度表面,所述出光面为正屈光度表面。
9.如权利要求1所述的全景拍摄系统,其特征在于:所述中继透镜的至少一面为非球面。
10.如权利要求1所述的全景拍摄系统,其特征在于:所述反射元件为平面镜或反射棱镜。
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C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
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