利用非球面反射镜实现折返式全景望远组合成像装置及其方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102401988A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102401988A(43)申请公布日2012.04.04(21)申请号201110386365.9(22)申请日2011.11.29(71)申请人浙江大学地址310013浙江省杭州市西湖区浙大路38号(72)发明人黄治白剑(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人张法高(51)Int.Cl.G02B17/08(2006.01)G02B13/02(2006.01)G02B13/06(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称利用非球面反射镜实现折返式全景望远组合成像装置及其方法(57)摘要本发明公开了一种利用非球面反射镜实现折返式全景望远组合成像装置及其方法。物点发出的一条光线，经过非球面反射镜反射与成像镜组折射在像面上成环带像；物点发出的另一条光线经过反光镜反射后向下进入同轴放置的望远镜组和成像镜组后成像于环带像面的中央盲区中，形成一个局部放大的像。通过改变望远镜组各个镜片的曲率、成像镜组的各个镜片的曲率半径和两个镜组之间的距离，使两个像面在同一平面上清晰成像并且互相不重叠。本发明利用位于同轴的两个透镜组组合而成的光学系统，将环带物空间中的同一物点同时分别成像于中心盲区中与环带像面中，利用了中心原来因为相机自成像而浪费的区域，实现了使用单一传感器同时实现全景与望远的双重功能。CN102498ACCNN110240198802401991A权利要求书1/1页1.一种利用非球面反射镜实现折返式全景望远组合成像装置，其特征在于，在光轴（1）上顺次设有反光镜（2）、望远镜组（3）、非球面反射镜（4）、成像镜组（5）和探测面（6），望远镜组（3）的焦距为90mm~100mm，成像镜组（5）的焦距为10mm~15mm，望远镜组（3）和成像镜组（5）的中心空气间隔为80mm~100mm，非球面反射镜（4）的外径为100mm~120mm，中心通孔（11）直径为20mm~30mm，圆锥系数为-1.5~-2.0，曲率半径为150mm~200mm，凸面朝下放置，下表面镀反射膜，用于反射光线，反光镜（2）能绕光轴（1）转动，将光线导入下方的望远镜组（3）和成像镜组（5）。2.一种使用如权利要求1所述装置的利用非球面反射镜实现折返式全景望远组合成像方法，其特征在于光线通过反光镜（2）的反射，望远镜组（3）、成像镜组（5）的折射后在探测面（6）上形成一个中心成像圆（8），光线经过非球面反射镜（4）反射和成像镜组（5）折射后在探测面（6）形成环带像面（8），物点P发出的一条光线（9）经过反光镜（2）反射、望远镜组（3）折射，穿过非球面反射镜中心孔（11），最后经过成像镜组（5）折射成像于探测面（6）的中心成像圆（8）中，形成第一像点P1，物点P发出的第二条光线（10）经过非球面反射镜（4）反射和成像镜组（5）折射后成像于探测面（6）上的环带像面（7）中，形成第二像点P2，通过改变望远镜组（3）的焦距、成像镜组（5）的焦距、两者的中心距离、非球面反射镜（4）的圆锥系数与其曲率半径使得中心成像圆（7）的外径小于环带像面环带像面（8）的内径，同时两个像面上的像都清晰的成像方法。2CCNN110240198802401991A说明书1/3页利用非球面反射镜实现折返式全景望远组合成像装置及其方法技术领域[0001]本发明涉及透镜成像装置及其方法，可通过单一传感器实现全景观测和局部望远放大两种功能。背景技术[0002]基于折反射式的全景成像技术是一种结合了传统相机与反射镜的成像技术。它利用反射镜将大视场的光线反射成为视场较小的光线，从而只需要普通的相机与镜头即可实现全景大范围的目标监测，不同于折射式全景系统，此种结构较适合监测探测器后方360°空间内的全景区域。此类全景系统较多的采用连续的球面或圆锥曲面作为反射镜实现广角光线的收集。折返式全景成像光学系统有视场大，结构简单，易于实现等特点，适用于安防监视、机器人视觉、自动导航等需要大视场周视观测的应用领域，但其存在的最大缺点是相机镜头垂直向上直接对着反射镜放置，其中间的视场势必会将镜头的形貌反射到镜头的成像区域中，这部分区域对于像面有效像素的利用率来说是浪费的。为了减小此部分在像面所占的大小一般只能缩小镜头的尺寸，但为了保证传感器接收到足够的通光量，镜头的直径不能无限制的缩小，目前所采用的方式往往是通过软件将此部分成像区域去除，形成一个环带像面。另一方面，全景光学系统由于其超广角的特性，像面放大率较小，若要对环带像上的某区域实现局部放大，一种方式是采用更大的或像素密度更高的传感器，这种方式不能将中央镜头所占的像面面积缩小，而且整体系统的体积会变得更大，制造成本和制造难度都