紧凑型全景环带光学系统

1.本发明涉及光学系统技术领域，具体涉及紧凑型全景环带光学系统。


背景技术：

2.镜头全景环带光学系统是一种折反射式全景系统，一般由全景头部单元与中继镜组组成。全景环带光学系统利用的平面圆柱投影法将围绕系统光轴360
°
的范围、垂直视场一定角度内的物通过其特殊的系统成像到二维平面的圆环区域。由于全景环带光学系统结构紧凑、视场宽广，畸变较小的特点从而广泛应用于各个领域。
3.随着全景环带光学系统的发展，对此系统结构的简易化与紧凑化有了更高的要求，考虑到传统头部单元的面型单一会带来头部单元体积变大、光学系统不够紧凑等问题，目前有大多数方法是在全景头部单元加入胶合面或者在中继系统中加入非球面，使系统复杂程度增高，系统体积增大，不易于系统紧凑性。


技术实现要素：

4.为了解决现有紧凑型全景环带光学系统的紧凑性较差且亟需提高的问题，本发明提供紧凑型全景环带光学系统。
5.本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
6.紧凑型全景环带光学系统，包括沿光轴顺次设置的全景头部单元、孔径光阑、中继镜组和图像传感器，所述全景头部单元位于孔径光阑的左侧，所述全景头部单元包括旋转对称的第一q-con非球面和旋转对称的第二q-con非球面，第一q-con非球面和第二q-con非球面面型相同、且均向左凸起，第一qcon非球面位于全景头部单元的左侧面上，包括圆形反射面和环形透射面，圆形反射面位于环形透射面的环中，第二q-con非球面位于全景头部单元的右侧面上，包括圆形透射面和环形反射面，圆形透射面位于环形反射面的环中；
7.入射光束经环形透射面入射到全景头部单元中、依次经环形反射面反射、经圆形反射面反射后经圆形透射面从全景头部单元射出，从圆形透射面射出的光束依次经过孔径光阑限束、经过中继镜组会聚和像差矫正后在图像传感器上成像。
8.本发明的有益效果是：
9.本发明紧凑型全景环带光学系统通过对全景头部单元的设计，创造性的将两个旋转对称的q-con非球面带入到全景头部单元，通过将q-con非球面厚度与口径在系统允许情况下能够适当减少提高紧凑性，实现了全景环带光学系统整体的紧凑性，通过第一q-con非球面和第二q-con非球面面型相同降低加工难度，本发明紧凑型全景环带光学系统兼具视场宽广、畸变较小、加工制造容易、进一步紧凑化等优点。
附图说明
10.图1为本发明的紧凑型全景环带光学系统的结构示意图。
11.图2为本发明的紧凑型全景环带光学系统的全景头部单元的结构图。
12.图3为本发明的紧凑型全景环带光学系统的复色光衍射mtf图。
13.图4为本发明的紧凑型全景环带光学系统的点列图。
14.图中：1、环形透射面，2、环形反射面，3、圆形反射面，4、圆形透射面，5、第一环形吸光面，6、第二环形吸光面，7、第三环形吸光面，8、孔径光阑，9、第一双胶合透镜，10、第二双胶合透镜，11、场镜，12、图像传感器，13、全景头部单元，14、中继镜组。
具体实施方式
15.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
16.紧凑型全景环带光学系统，如图1，包括沿光轴顺次设置的全景头部单元13、孔径光阑8、中继镜组14和图像传感器12，具体为全景头部单元13、孔径光阑8、中继镜组14和图像传感器12从左至右顺次设置，左右仅是作为两个区别方向进行描述。如图2，全景头部单元13包括第一q-con非球面和第二q-con非球面，第一q-con非球面和第二q-con非球面均为旋转对称面。第一q-con非球面和第二q-con非球面的面型相同，确定面型的各个参数均相同。第一q-con非球面位于全景头部单元13的左侧面上，第一q-con非球面向左凸起，第一q-con非球面包括圆形反射面3和环形透射面1，圆形反射面3位于环形透射面1的环中，环形透射面1内边沿与光轴的距离大于等于圆形反射面3外边沿与光轴的距离。第二q-con非球面位于全景头部单元13的右侧面上，第二q-con非球面向左凸起，第二q-con非球面包括圆形透射面4和环形反射面2，圆形透射面4位于环形反射面2的环中，环形反射面2内边沿与光轴的距离大于等于圆形透射面4外边沿与光轴的距离。
17.全景环带光学系统的光路传输过程为：入射光束经环形透射面1入射到全景头部单元13中，在全景头部单元13中，依次经环形反射面2反射、经圆形反射面3反射后经圆形透射面4从全景头部单元13射出；从圆形透射面4射出的光束经过孔径光阑8限束、中继镜组14会聚和像差矫正后在图像传感器12上成像。
18.第一q-con非球面和第二q-con非球面口径不同，第一q-con非球面的口径大于第二q-con非球面的口径。第一q-con非球面和第二q-con非球面口径不同，面型公式相同，即第一q-con非球面和第二q-con非球面的矢高表达式相同，矢高表达式z(ρ)为：
[0019][0020]
其中，{ρ，θ，z}为第一q-con非球面或第二q-con非球面的圆柱坐标系坐标，ρ2＝x2+y2，ρ表示半口径，{x，y，z}为第一q-con非球面或第二q-con非球面的直角坐标系坐标，光轴所在的直线和z轴重合，k为圆锥系数，qcon非球面表示第一q-con非球面或第二q-con非球面，c为q-con非球面顶点曲率半径，u为归一化坐标，-1≤u＝ρ/ρ
max
≤1，ρ
max
表示ρ的最大值，为正交多项式，am为的系数，m取值为[0，m]的所有整数，m为大于0的整数。第一q-con非球面和第二q-con非球面这两个面除口径外均相同，便于加工制作，提高了加工效率。
[0021]
与光轴的夹角范围为x
°
～y
°
的光线能够从环形透射面1入射到全景头部单元13中，42≥x＞0，y≥82，全景头部单元13的半视场角可大于90
°
；本实施方式中x＝42，y＝82，半视场角范围为42
°
～82
°
。本实施方式中，第一q-con非球面还包括位于圆形反射面3和环形透射面1之间的第一环形吸光面5，所述第一环形吸光面5外边沿连接环形透射面1内边
沿，第一环形吸光面5内边沿连接圆形反射面3外边沿。全景头部单元13还包括位于全景头部单元13右侧的第二环形吸光面6，环形反射面2位于第二环形吸光面6的环中，环形反射面2外边沿与光轴的距离小于等于第二环形吸光面6内边沿与光轴的距离，具体可为环形反射面2外边沿连接第二环形吸光面6内边沿，即第二环形吸光面6和第二q-con非球面共同作为全景头部单元13的右侧面。全景头部单元13还包括第三环形吸光面7，环形透射面1和第二环形吸光面6均位于第三环形吸光面7的环中，具体为：第三环形吸光面7的切面平行于光轴，第三环形吸光面7连接环形透射面1和第二环形吸光面6。上述第一环形吸光面5、第二环形吸光面6和第三环形吸光面7均用于吸收杂散光。
[0022]
两个除口径外各种参数均相同的q-con非球面的间隔为20mm，曲率半径c＝11.52mm，圆锥系数k＝-0.82，最大半口径ρ
max
＝26mm，各项正交多项式的系数分别为：a0＝-9.97，a1＝1.15，a2＝0.397，a3＝0.285，a4＝0.248，a5＝-0.396，两个q-con非球面唯一不同的是q-con非球面的口径为40.8mm，第二q-con非球面口径为11.3mm。
[0023]
中继镜组具有会聚和像差矫正的作用，上述中继镜组14包括沿光轴从左至右顺次设置的第一双胶合透镜9、第二双胶合透镜10和场镜11，第一双胶合透镜9、第二双胶合透镜10和场镜11均对从左侧入射到其上的光束有会聚作用。从圆形透射面4射出的光束依次经过孔径光阑8限束、第一双胶合透镜9会聚、第二双胶合透镜10会聚、场镜11会聚后在图像传感器12上成像。中继镜组14采用两个双胶合透镜与场镜11，既保证整体的紧凑性与简洁性，也可以减小该镜头的色差等像差。上述图像传感器12可采用但不限定ccd或者cmos。
[0024]
采用如图1所示的结构、上述q-con非球面参数和半视场角范围为42
°
～82
°
，光学系统尺寸(从左至右的长度)可以做到55mm以下。图3本发明光学系统的复色光衍射的半视场mtf图，t表示子午方向，s表示弧矢方向，图4为波长为486.133nm、587.562nm、656.273nm光束所对应的点列图，入射角从小到大的五个视场分对应的rms半径分别为3.136um，2.783um，2.969um，3.314um，2.956um，根据图3和图4可知本发明紧凑型全景环带光学系统的成像质量优良，能够满足现有技术的像质需求。
[0025]
本发明的全景头部单元13的作用主要是将大视场的光线折反射并汇聚至中继镜组14，为了全景环带光学系统的紧凑性，将两个面型相同旋转对称的q-con非球面带入到全景头部单元13，q-con非球面厚度与口径在系统允许情况下适当减少提高紧凑性，且为了降低成本，可采用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)等塑料材质。因此本发明紧凑型全景环带光学系统通过对全景头部单元13的设计，实现了全景环带光学系统整体的紧凑性，兼具了视场宽广、畸变较小、加工制造容易、进一步紧凑化等优点。
[0026]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。