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CN102033300A - 全景透镜及使用该全景透镜的全景拍摄系统 - Google Patents

全景透镜及使用该全景透镜的全景拍摄系统 Download PDF

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CN102033300A CN200910308006.4A CN200910308006A CN102033300A CN 102033300 A CN102033300 A CN 102033300A CN 200910308006 A CN200910308006 A CN 200910308006A CN 102033300 A CN102033300 A CN 102033300A
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林玫君
陈冠廷
林光伟
张炜修
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Abstract

一种全景透镜，其包括可使成像光线从360度折射进入的呈凸透镜状鼓起的环形入光面、与环形入光面的外圆周边缘相连接，且向内呈凹透镜状陷入的环形反射面、与环形入光面的内圆周边缘相连接的圆形反射面及与环形反射面的内圆周边缘相连接的圆形出光面。该环形反射面的中央处形成有向内呈凹透镜状陷入的反射部。该成像光线进入全景透镜后经由环形反射面及圆形反射面的反射从圆形出光面射出。同一成像光线分别在环形入光面和环形反射面上的折射点和反射点的切面之间的夹角与该成像光线在环形入光面上的折射角之和大于该全景透镜与空气之间的全反射临界角，以使得成像光线在环形反射面上发生全反射。本发明还涉及一种使用该全景透镜的全景拍摄系统。

Description

全景透镜及使用该全景透镜的全景拍摄系统
技术领域
本发明涉及一种全景透镜及使用该全景透镜的全景拍摄系统。
背景技术
现有全景拍摄系统内的全景透镜通常包括呈凸透镜状形成的环形入光面、与所述环形入光面面对地呈环状形成的环形反射面、设置于所述环形入光面的环内中央处的圆形反射面及设置于所述环形反射面的环状中央处的圆形出光面。成像光线由所述环形入光面射入后经过所述环形反射面及圆形反射面的反射从所述圆形出光面射出。所述环形反射面上通过镀反射膜来反射成像光线。然而，在所述环形反射面上进行镀膜的难度较高，大幅地提高制造全景透镜的成本。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种制造成本低的全境透镜及使用该全景透镜的全景拍摄系统。
一种全景透镜，其包括可使成像光线从360度折射进入的呈凸透镜状鼓起的环形入光面、与环形入光面外圆周边缘相连接，且向内呈凹透镜状陷入的环形反射面、与环形入光面内圆周边缘相连接的圆形反射面及与环形反射面内圆周边缘相连接的圆形出光面。所述环形反射面的中央处形成有向内呈凹透镜状陷入的反射部。所述成像光线进入全景透镜后经由环形反射面及圆形反射面的反射从圆形出光面射出。同一成像光线分别在所述环形入光面和环形反射面上的折射点和反射点的切面之间的夹角与该成像光线在环形入光面上的折射角之和大于所述全景透镜与空气之间的全反射临界角，以使得从环形入光面入射的光线在环形反射面上发生全反射。
一种全景拍摄系统，其从物侧到像侧依次包括全景透镜、中继透镜、拍摄装置及显示装置。该全景透镜包括可使成像光线从360度射入的呈凸透镜状鼓起的环形入光面、与所述环形入光面外圆周边缘相连接，且向内呈凹透镜状陷入的环形反射面、与环形入光面内圆周边缘相连接的圆形反射面及与环形反射面内圆周边缘相连接的圆形出光面。该环形反射面的中央处形成有向内呈凹透镜状陷入的反射部。同一成像光线分别在所述环形入光面和环形反射面上的折射点和反射点的切面之间的夹角与该成像光线在环形入光面上的折射角之和大于所述全景透镜与空气之间的全反射临界角，以使得从环形入光面入射的光线在环形反射面上发生全反射。
相对于现有技术，本发明所提供的全景透镜及使用该全景透镜的全景拍摄系统根据实现全发射的条件来设置所述环形入光面及环形反射面的位置关系，以使得从所述环形入光面入射的成像光线在所述环形反射面上发生全反射从而不需要在所述环形反射面上镀反射膜，降低所述全景透镜的制作难度，减少所述全景透镜的制作成本。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的全景拍摄系统的结构示意图。
图2为图1中全景拍摄系统的的全景透镜的局部光路图。
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1，其从物侧O到像侧I依次包括全景透镜10、中继透镜12、拍摄装置14及显示装置16。直线OI为该全景拍摄系统1的光轴。
所述全景透镜10由光学玻璃或透镜树脂等形成，所述全景透镜10的几何对称轴线与所述全景透镜10的光轴OI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104及圆形出光面S4。
所述环形入光面S1近似于一个圆台体的侧面，其包括位于所述环形入光面S1一端的第一内圆周边缘100a及位于所述环形入光面S1另一端且与所述第一内圆周边缘100a平行相对的第一外圆周边缘100b。以物侧方向为参照，所述环形入光面S1具有正曲率半径，其向外呈凸透镜状鼓起以使环绕所述环形入光面S1的光线从360度投射到环形入光面S1上。
所述环形反射面S2具有与所述环形入光面S1相类似的形状，其包括位于所述环形反射面S2一端的第二内圆周边缘102a及位于所述环形反射面S2另一端且与所述第二内圆周边缘102a平行相对的第二外圆周边缘102b。所述环形反射面S2的第二外圆周边缘102b与所述环形入光面S1的第一外圆周边缘100b相连接。以物侧方向为参照，所述环形反射面S2具有正曲率半径，其向内呈凹透镜状陷入以将由相邻的环形入光面S1折射进入的成像光线反射至所述圆形反射面104上。
所述圆形反射面104与所述环形入光面S1的第一内圆周边缘100a相连接，其包括反射部104a及连接部104b。所述光轴OI穿过所述圆形反射面104的几何对称中心。所述圆形反射面104的中央处向内呈凹透镜状陷入以形成所述反射部104a。所述反射部104a为一内凹曲面S3，以物侧方向为参照，所述内凹曲面S3具有负曲率半径。所述反射部104a的外围形成平面圆环状的连接部104b，所述连接部104b用于连接所述环形入光面S1与圆形反射面104上的反射部104a。所述反射部104a上镀有反射膜，以将从所述环形反射面S2反射过来的成像光线L进一步反射至所述圆形出光面S4。
所述圆形出光面S4与所述环形反射面S2的第二内圆周边缘102a相连接。所述光轴OI穿过所述圆形出光面S4的几何对称中心。以物侧方向为参照，所述圆形出光面S4具有负曲率半径，其向外呈凸透镜状鼓起以将由所述圆形反射面104反射过来的成像光线折射出所述全景透镜10。
所述中继透镜12为一正屈光度透镜，其包括靠近物侧O的入光面S5及靠近像侧I的出光面S6。以物侧方向为参照，所述入光面S5及所述出光面S6均具有正曲率半径。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OI汇聚。
所述拍摄装置14包括成像透镜组140及设置于所述成像透镜组140的成像位置处的影像感测器，如：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。
所述全景透镜10所捕捉的360度全景风景11经过中继透镜12和成像透镜组14后于所述影像感测器142上成像。所述影像感测器142将形成的全景图像转换为对应的电信号，并液晶、CRT等各种显示装置16进行显示。
如图2所示，其为成像光线在所述环形入光面S1与所述环形反射面S2之间的光路图。所述成像光线L由所述环形入光面S1上的任意点A折射进入全景透镜10内部再于所述环形反射面S2上的一点B上进行全反射。其中，SA为经过所述折射点A的切面，SB为经过所述反射点B的切面，F1为折射点A的法线，F2为反射点B的法线，∠1为所述成像光线L于折射点A处的折射角，∠3为所述成像光线L于反射点B处的入射角，∠2为∠3的余角，∠5为切面SA与切面SB的夹角，∠4为∠5的余角。所述法线F1与所述切面SB相交于D。根据图2中所表示的几何关系可得到方程式：
Figure B2009103080064D0000031
由所述方程式化简后可得出关系式：∠1+∠5＝∠3。若要确保所述成像光线L在所述环形反射面S2上进行全反射，则所述成像光线L于反射点B处的入射角∠3大于所述全景透镜材料与空气之间的全反射临界角θ，即：∠1+∠5＝∠3＞θ。所以，最后得到若要确保所述成像光线L在所述环形反射面S2上可以进行全反射，则所述环形入光面S1与环形反射面S2之间的位置关系需要满足条件：∠1+∠5＞θ，即：同一成像光线L分别在所述环形入光面S1和环形反射面S2上的折射点A和反射点B的切面SA与SB之间的夹角与该成像光线L在所述环形入光面S1上折射角之和大于该全景透镜材料与空气之间的全反射临界角θ。
根据成像光线L在环形反射面S2上进行全反射的条件：∠1+∠5＞θ使用光学设计软件进行光路模拟优化后可以得到所述环形入光面及环形反射面的面型参数。
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1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。
表1
  光学表面   R(mm)   D(mm)   Nd
  S1   14.43   19.965   1.54347
  S2   14.80   -10.8   1.54347
  S3   -11.19   12.25   1.54347
  S4   -33.81   5.29   1.54347
  S5   8.64   3.104   1.531131
  S6   10.00   1.531131
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。
非球面的表达式如下：
z = 1 R y 2 1 + 1 - ( 1 + k ) y 2 R 2 + A 4 y 4 + A 6 y 6
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(4 th order Aspherical Coefficient)，A6为六次的非球面系数(6 th order Aspherical Coefficient)。全景透镜10及中继透镜12的非球面系数表如下：
表2
Figure B2009103080064D0000042
相对于现有技术，本发明所提供的全景透镜及使用该全景透镜的全景拍摄系统根据实现全发射的条件来设置所述环形入光面及环形反射面的位置关系，以使得从所述环形入光面入射的成像光线在所述环形反射面上发生全反射从而不需要在所述环形反射面上镀反射膜，降低所述全景透镜的制作难度，减少所述全景透镜的制作成本。
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 (9)

1.一种全景透镜，其包括可使成像光线从360度折射进入的呈凸透镜状鼓起的环形入光面、与所述环形入光面外圆周边缘相连接，且向内呈凹透镜状陷入的环形反射面、与所述环形入光面内圆周边缘相连接的圆形反射面及与所述环形反射面内圆周边缘相连接的圆形出光面，所述环形反射面的中央处形成有向内呈凹透镜状陷入的反射部，所述成像光线进入全景透镜后经由环形反射面及圆形反射面的反射从圆形出光面射出，同一成像光线分别在所述环形入光面和环形反射面上的折射点和反射点的切面之间的夹角与该成像光线在环形入光面上的折射角之和大于所述全景透镜与空气之间的全反射临界角，以使得从所述环形入光面入射的成像光线在所述环形反射面上发生全反射。
2.如权利要求1所述的全景透镜，其特征在于：所述环形入光面包括第一内圆周边缘及与所述第一内圆周边缘平行相对的第一外圆周边缘，所述环形反射面包括第二内圆周边缘及与所述第二内圆周边缘平行相对的第二外圆周边缘，所述环形反射面的第二外圆周边缘与所述环形入光面的第一外圆周边缘相连接，以物侧方向为参照，所述环形入光面及环形反射面均具有正曲率半径。
3.如权利要求1所述的全景透镜，其特征在于：所述圆形反射面于反射部外围形成一平面圆环状的连接部，所述连接部用于连接所述环形入光面与圆形反射面上的反射部，所述反射部为一内凹曲面，以物侧方向为参照，所述内凹曲面具有负曲率半径且镀有反射膜。
4.如权利要求1所述的全景透镜，其特征在于：以物侧方向为参照，所述圆形出光面具有负曲率半径且向外呈凸透镜状鼓起。
5.一种全景拍摄系统，其从物侧到像侧依次包括全景透镜、中继透镜、拍摄装置及显示装置，所述全景透镜包括可使侧向光从360度全周射入的呈凸透镜状鼓起的环形入光面、与位于环形入光面一端的环形入光面外圆周边缘相连接且向内呈凹透镜状陷入的环形反射面、与位于环形入光面另一端的环形入光面内圆周边缘相连接的圆形反射面及与位于环形反射面一端的环形反射面内圆周边缘相连接的圆形出光面，所述环形反射面的中央处形成有向内呈凹透镜状陷入的反射部，同一成像光线分别在所述环形入光面和环形反射面上的折射点和反射点的切面之间的夹角与该成像光线在环形入光面上的折射角之和大于所述全景透镜与空气之间的全反射临界角，以使得从所述环形入光面入射的成像光线在所述环形反射面上发生全反射。
6.如权利要求5所述的全景透镜，其特征在于：所述圆形反射面于反射部外围形成一平面圆环状的连接部，所述连接部用于连接所述环形入光面与圆形反射面上的反射部，所述反射部为一内凹曲面，以物侧方向为参照，所述内凹曲面具有负曲率半径且镀有反射膜。
7.如权利要求5所述的全景拍摄系统，其特征在于：以物侧方向参照，所述圆形出光面具有负曲率半径且向外呈凸透镜状鼓起。
8.如权利要求5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，其包括靠近物侧的入光面及靠近像侧的出光面，以物侧方向为参照，所述入光面及出光面均具有正曲率半径。
9.如权利要求5所述的全景拍摄系统，其特征在于：所述拍摄装置包括成像透镜组及设置于所述成像透镜组的成像位置处的影像感测器。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110427