專利名稱：多片式全景環(huán)視成像透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像透鏡，尤其涉及一種多片式全景環(huán)視成像透鏡。
背景技術(shù)：
如專利US Patent 4,566,763，1986和US Patent 5,473,474，1995所述，全景透鏡采用平面圓柱投影法FCP(Flat Cylinder Perspective)，將圍繞光學(xué)系統(tǒng)光軸360°范圍的圓柱視場投影到二維平面上的一個環(huán)形區(qū)域內(nèi)。該全景鏡頭由玻璃等透光性材料構(gòu)成，全景透鏡及其后繼透鏡組的幾何結(jié)構(gòu)由圖1所示，透鏡一面為向外突出的環(huán)形第一折射面1，透鏡另一面為凹面環(huán)形第一反射面2，在透鏡環(huán)形第一折射面中心設(shè)有凹面第二反射面3，環(huán)形第一折射面1中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二反射面3邊緣相接，在凹面環(huán)形第一反射面2中心設(shè)有第二折射面4，凹面環(huán)形第一反射面2中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二折射面4邊緣相接。
光線從1面進(jìn)入被折射到2面，經(jīng)2面反射到3面，經(jīng)3面反射到4面，最后在4面折射出透鏡。光線通過全景透鏡后在其內(nèi)部或后方形成虛像，該虛像通過后繼透鏡組L變換成實像，被位于像面IMA的CCD/CMOS探測器所接收。
目前存在的技術(shù)問題平行光線通過PAL后，在其內(nèi)部或后方形成虛像。由于該全景透鏡是超半球透鏡，視場較大(200度或更多)，光路復(fù)雜，像差，尤其是橫向色差的校正是一個關(guān)鍵問題，需要復(fù)雜的后繼透鏡組L實現(xiàn)實像轉(zhuǎn)換和像差校正。由于視場太大，目前已知的全景透鏡焦距都很小，如Ian Powell提出的焦距為2.65mm的設(shè)計(1994)；SONY公司投放在市場上的焦距約為1.5mm的設(shè)計。在長焦距全景透鏡系統(tǒng)中，由于全景透鏡校正像差的能力有限，由后繼透鏡組主要承擔(dān)校正像差的任務(wù)，這通常會導(dǎo)致后繼透鏡組L過于復(fù)雜，系統(tǒng)體積過于龐大，色差校正困難，能量損失大，嚴(yán)重限制長焦距全景透鏡的設(shè)計和使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多片式全景環(huán)視成像透鏡。
一種多片式全景環(huán)視成像透鏡采用前、后片不同材料的透鏡，多種不同的表面類型，通過膠合，密接或分離方式組成多片式全景環(huán)視成像透鏡，透鏡繞光軸旋轉(zhuǎn)對稱，前片透鏡一面為向外突出的環(huán)形第一折射面，前片透鏡后接后片透鏡，前、后片透鏡的連接面為組合面，后片透鏡另一面為凹面環(huán)形第一反射面，在前片透鏡環(huán)形第一折射面中心設(shè)有第二反射面，環(huán)形第一折射面中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二反射面邊緣相接，在凹面環(huán)形第一反射面中心設(shè)有第二折射面，凹面環(huán)形第一反射面中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二折射面邊緣相接。
所述的前、后片透鏡材料的組合為冕牌玻璃與火石玻璃的組合或冕牌玻璃與冕牌玻璃的組合或火石玻璃與火石玻璃的組合，組合順序任意。組合面的表面類型為球面、刻有微結(jié)構(gòu)的表面、奇次非球面或偶次非球面。組合面為凸面，凹面或平面。
另一種多片式全景環(huán)視成像透鏡采用前、中、后片不同材料的透鏡，多種不同的表面類型，通過膠合，密接或分離方式組成多片式全景環(huán)視成像透鏡，透鏡繞光軸旋轉(zhuǎn)對稱，前片透鏡一面為向外突出的環(huán)形第一折射面，前片透鏡后接中片透鏡，前、中片透鏡的連接面為第一組合面，中片透鏡后接后片透鏡，中、后片透鏡的連接面為第二組合面，后片透鏡另一面為凹面環(huán)形第一反射面，在前片透鏡環(huán)形第一折射面中心設(shè)有第二反射面，環(huán)形第一折射面中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二反射面邊緣相接，在凹面環(huán)形第一反射面中心設(shè)有第二折射面，凹面環(huán)形第一反射面中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二折射面邊緣相接，中片透鏡為多片時以此類推。
所述的前、中、后片透鏡材料的組合為冕牌玻璃、冕牌玻璃與冕牌玻璃的組合或冕牌玻璃、冕牌玻璃與火石玻璃的組合或冕牌玻璃、火石玻璃與火石玻璃的組合或火石玻璃、火石玻璃與火石玻璃的組合，組合順序任意。中片透鏡為多片時，中片透鏡材料為冕牌玻璃與火石玻璃的任意組合。多種不同的表面類型為球面、刻有微結(jié)構(gòu)的表面、奇次非球面或偶次非球面。組合面為凸面，凹面或平面。
本發(fā)明使用幾塊不同材料組合的膠合或密接透鏡組代替單塊透鏡。舉兩片膠合透鏡組為例，光線反復(fù)通過透鏡組三次，只考慮色差，光線實際通過的是4片透鏡組。通過使用不同材料的膠合或密接，提高了設(shè)計自由度，使全景透鏡在成像的同時承擔(dān)一部分色差的校正，減輕了后繼透鏡組L校正色差的負(fù)擔(dān)，使得較長焦距的光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)提高，體積縮小。另外，由于多片式全景透鏡中的光線反復(fù)通過不同材料的界面，發(fā)生偏折，通過適當(dāng)選取組成全景透鏡的各種材料，控制偏折方向，可以使視場范圍得到擴大。


圖1是全景透鏡成像原理示意圖，γ為方位角，L為后繼透鏡組，IMA為像面；圖2是本發(fā)明實施方式1，即兩片式球面膠合全景環(huán)視成像透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，膠合面左右兩側(cè)由不同材料構(gòu)成，膠合面為球面；
圖3是兩片式膠合全景透鏡光路展開圖，把透鏡以兩個反射點的切線為對稱軸展開，可看到光線實際經(jīng)過了4片膠合透鏡；圖4是本發(fā)明實施方式2，即兩片式非球面膠合全景環(huán)視成像透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，膠合面左右兩側(cè)由不同材料構(gòu)成，膠合面為奇次非球面或偶次非球面；圖5是本發(fā)明實施方式3，即兩片式微結(jié)構(gòu)密接全景環(huán)形成像透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，密接面左右兩側(cè)由不同材料構(gòu)成，密接面為刻有微結(jié)構(gòu)的表面；圖6是本發(fā)明實施方式4，即兩片式球面分離全景環(huán)形成像透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，分離面左右兩側(cè)由不同材料構(gòu)成，分離面為球面。
圖7是本發(fā)明實施方式5，即三片式單一組合面全景環(huán)視成像透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，兩個組合面均為膠合面，膠合面左右由三種不同材料構(gòu)成，兩個膠合面均為球面；圖8是本發(fā)明實施方式6，即三片式混合組合面全景環(huán)形成像透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，兩個組合面分別為微結(jié)構(gòu)表面密接和球面膠合，兩個組合面兩側(cè)由三種不同材料構(gòu)成。
圖中第一折射面1、第一反射面2、第二反射面3、第二折射面4、光闌5、膠合球面6、膠合非球面7、密接微結(jié)構(gòu)表面8、分離面9具體實施方式
圖1為全景透鏡成像原理示意圖，透鏡一面為向外突出的環(huán)形第一折射面1，透鏡另一面為凹面環(huán)形第一反射面2，在透鏡環(huán)形第一折射面中心設(shè)有凹面第二反射面3，環(huán)形第一折射面1中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二反射面3邊緣相接，在凹面環(huán)形第一反射面2中心設(shè)有第二折射面4，凹面環(huán)形第一反射面2中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二折射面4邊緣相接。光線從1面進(jìn)入被折射到2面，經(jīng)2面反射到3面，經(jīng)3面反射到4面，最后在4面折射出透鏡。光線通過全景透鏡后在其內(nèi)部或后方形成虛像，該虛像通過后繼透鏡組L變換成實像，被位于像面IMA的CCD/CMOS探測器所接收。
圖2所示為本發(fā)明實施方式1，即最簡單的兩片式球面膠合全景環(huán)視成像透鏡，采用前、后片不同材料的透鏡，組合面為球面，通過膠合的方式組成兩片式全景環(huán)視成像透鏡，透鏡繞光軸旋轉(zhuǎn)對稱，前片透鏡一面為向外突出的環(huán)形第一折射面1，前片透鏡后接后片透鏡，前、后片透鏡的連接面為組合面，后片透鏡另一面為凹面環(huán)形第一反射面2，在前片透鏡環(huán)形第一折射面中心設(shè)有第二反射面3，環(huán)形第一折射面1中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二反射面3邊緣相接，在凹面環(huán)形第一反射面2中心設(shè)有第二折射面4，凹面環(huán)形第一反射面2中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二折射面4邊緣相接。光闌位于兩片式球面膠合全景環(huán)視成像之后。
所述的前、后片透鏡材料的組合為冕牌玻璃與火石玻璃的組合或冕牌玻璃與冕牌玻璃的組合或火石玻璃與火石玻璃的組合，組合順序任意。組合面為凸面，凹面或平面。
在本實施方式中，光線從環(huán)形第一折射面1入射進(jìn)兩片膠合式全景環(huán)視成像透鏡，在到達(dá)環(huán)形第一反射面2前被6面折射，光路發(fā)生向上或向下的偏轉(zhuǎn)，然后到達(dá)環(huán)形第一反射面2。在被環(huán)形第一反射面2反射回后，又一次到達(dá)組合面6，并被折射，光路再一次發(fā)生改變。光線到達(dá)第二反射面3后被重新反射回去，此時第三次經(jīng)過組合面6，光路第三次發(fā)生改變，最后從第二折射面出射。
在本實施方式中，根據(jù)前、后片所選的材料折射率不同和組合面的形狀不同，光路在組合面發(fā)生改變的方向會有所不同。如對于前片折射率小于后片折射率的全景環(huán)視成像透鏡，光軸以下視場的光線第一次通過組合面時會發(fā)生向下的偏折，相反，對于前片折射率大于后片折射率的全景環(huán)形成像透鏡，光軸以下視場的光線第一次通過組合面時會發(fā)生向上的偏折。在同一個方向上偏轉(zhuǎn)的光路，其偏轉(zhuǎn)量的大小也根據(jù)前、后片所選材料折射率的具體值不同，組合面的曲率半徑不同而有所差別，前、后片折射率相差越大，光線偏折越明顯；光線入射進(jìn)組合面的角度偏離入射點法線越遠(yuǎn)，光線偏折越明顯。另外，光路在組合面偏轉(zhuǎn)量的大小也和光線的視場有關(guān)，根據(jù)折射定律，視場大的光線偏折程度較大。通常來說，冕牌玻璃是低折射率低色散的材料，火石玻璃是高折射率高色散的材料。隨著光學(xué)玻璃工業(yè)的發(fā)展，高折射率低色散和低折射率高色散的玻璃也不斷被熔煉出來。如上所述，材料的選擇和組合面的曲率半徑可跟據(jù)設(shè)計所需視場的大小以及邊緣視場對于像質(zhì)的要求確定。恰當(dāng)?shù)剡x擇材料可以利用大視場的較大偏折來擴大邊緣視場。
本實施方式中的兩片膠合式全景環(huán)視成像透鏡可以這樣制造設(shè)計好光學(xué)系統(tǒng)后，確定好光學(xué)玻璃的種類，然后將前片和后片分別磨制成指定形狀，對前片的第一折射面1、第二反射面3和組合面分別進(jìn)行拋光，對后片的組合面、第一反射面2和第二折射面4分別拋光，使用特定的光學(xué)玻璃膠合劑將前片和后片粘合起來，然后在第一反射面2和第二反射面3上，通過真空蒸鍍等方式，鍍上金屬增反膜來增加第一反射面2和第二反射面3的反射率。在第一折射面1和第二折射面4上鍍增透膜，來增加第一折射面1和第二折射面4的透過率。鍍膜的波長根據(jù)設(shè)計的中心波長確定。
圖3所示為兩片式膠合全景透鏡光路展開圖，選取兩片式膠合全景透鏡的第一反射面2的光線反射點，做該反射點的切線，并把兩片式膠合全景透鏡以反射點的切線為對稱軸作鏡像。然后選取鏡像中的第二反射面3的光線反射點，作該反射點的切線，并把鏡像以反射點的切線為對稱軸作第二鏡像，即可得到光路的展開圖。根據(jù)圖3可看出，光線依次經(jīng)過折射率為n1，n2，n1和n2的玻璃。為了便于理解，可以假定把兩片式膠合全景透鏡與其鏡像，鏡像與第二鏡像之間的空氣部分分別填充上折射率為n2和n1，即后片和前片的材料(該假想填充不影響實際光路)，即可看出，光線實際上經(jīng)過了4片膠合的玻璃。所以，恰當(dāng)選取不同材料的組合，可以使用較少片玻璃達(dá)到使用多片玻璃的效果，使全景透鏡在成像的同時承擔(dān)一部分色差的校正，減輕了后繼透鏡組L校正色差的負(fù)擔(dān)，使得較長焦距的光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)提高，體積縮小。
圖4所示為本發(fā)明實施方式2，即結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜的兩片式非球面膠合全景環(huán)視成像透鏡。采用前、后片不同材料的透鏡，組合面為奇次非球面或偶次非球面，通過膠合的方式組成兩片式全景環(huán)視成像透鏡。本實施方式的透鏡結(jié)構(gòu)和光路與實施方式1相同，不再重復(fù)敘述。
本實施方式所述的前、后片透鏡材料的組合為冕牌玻璃與火石玻璃的組合或冕牌玻璃與冕牌玻璃的組合或火石玻璃與火石玻璃的組合，組合順序任意。組合面為凸面，凹面或平面。本實施方式的透鏡材料選擇與組合面形狀選擇方法與實施方式1相同，不再重復(fù)敘述。
本實施方式中的兩片膠合式全景環(huán)視成像透鏡的制造過程與實施方式1基本相同，所不同的部分是非球面組合面的研磨過程。非球面加工技術(shù)包括數(shù)控小磨頭非球面加工技術(shù)、應(yīng)力盤拋光技術(shù)、離子束拋光技術(shù)、磁流變拋光技術(shù)等等?？筛鷵?jù)所需精度和實際生產(chǎn)條件選擇合適的工藝方法對組合面進(jìn)行加工。
對于非球面透鏡而言，若非球面面形略偏離于球面，則按傳統(tǒng)球面研磨拋光技術(shù)，用與非球面最適配的球面拋光工具進(jìn)行加工，獲得球面透鏡半成品，然后拋光。如果非球面面形顯著偏離球面，則要用數(shù)控成形機床直接在透鏡毛坯上加工出非球面形狀，此外，也可用專門的研磨工具將最接近的球面最終加工成所要求的形狀，然后拋光。
下面以磁流變拋光技術(shù)為例簡單講解一下非球面的拋光過程在磁流變研磨拋光裝置中，一個抽液泵不斷地從儲液容器中抽出少量磁流變液體，并擠壓輸送到一個旋轉(zhuǎn)輪中，旋轉(zhuǎn)輪使液體進(jìn)入到一條薄條帶中，待加工的光學(xué)零件的一部分浸沒在這條含磁流變液體的移動的長條帶中。緊靠旋轉(zhuǎn)輪的下面有一塊特殊設(shè)計的磁鐵，能產(chǎn)生強局部磁場。當(dāng)磁流變液體流到這個磁場區(qū)時，在幾毫秒內(nèi)就會很明顯地變粘稠；而當(dāng)液體離開這個磁場時，又恢復(fù)到原來狀態(tài)。變稠的液體區(qū)域就是拋光工具。磁流變液體通過光學(xué)零件后，用另一個泵吸收并送回到儲液器中。在拋光過程中，拋光機旋轉(zhuǎn)透鏡到主軸上，使得光學(xué)零件的不同區(qū)域浸沒在磁流變液體中。
圖5所示為本發(fā)明實施方式3，即的兩片式微結(jié)構(gòu)密接全景環(huán)形成像透鏡。采用前、后片不同材料的透鏡，組合面為刻有微結(jié)構(gòu)的表面，通過密接的方式組成兩片式全景環(huán)視成像透鏡。本實施方式的透鏡結(jié)構(gòu)和光路與實施方式1相同，不再重復(fù)敘述。
所述的前、后片透鏡材料的組合為冕牌玻璃與火石玻璃的組合或冕牌玻璃與冕牌玻璃的組合或火石玻璃與火石玻璃的組合，組合順序任意。組合面的微結(jié)構(gòu)刻蝕在凸面，凹面或平面上。
在本實施方式中，光線從環(huán)形第一折射面1入射進(jìn)兩片膠合式全景環(huán)視成像透鏡，在到達(dá)環(huán)形第一反射面2前通過刻有微結(jié)構(gòu)的表面6，發(fā)生衍射，然后到達(dá)環(huán)形第一反射面2。在被環(huán)形第一反射面2反射回后，又一次通過組合面6，再次發(fā)生衍射。光線到達(dá)第二反射面3后被重新反射回去，此時第三次經(jīng)過組合面6，光線第三次發(fā)生衍射，最后從第二折射面出射。
本實施方式中的兩片膠合式全景環(huán)視成像透鏡的制造過程與實施方式1基本相同，所不同的部分是需要在前、后片的組合面上刻蝕相互吻合，可以密接的微結(jié)構(gòu)。在成像質(zhì)量、色差校正和設(shè)計自由度等方面，刻有微結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件與基于傳統(tǒng)的折射光學(xué)元件相比有一定優(yōu)勢。
下面以微光學(xué)結(jié)構(gòu)中的二元光學(xué)結(jié)構(gòu)為例，簡單闡述一下微結(jié)構(gòu)的加工過程二元光學(xué)元件的制作工藝有很多種，主要分為多臺階二元光學(xué)元件加工工藝和連續(xù)位相二元光學(xué)元件加工工藝。前者主要包括刻蝕法、薄膜沉積法。后者主要有激光束直寫法、電子束直寫法和金剛石車削法等。另外還有準(zhǔn)分子激光加工法和灰階掩模法等新型制作方法?？筛鷵?jù)刻有微結(jié)構(gòu)的組合面的精度要求已經(jīng)現(xiàn)有的工藝條件選擇適合的加工方法。
臺階刻蝕法是目前二元光學(xué)元件的主要制作技術(shù)，其工藝流程一般包括三個步驟掩模設(shè)計及制作，圖形轉(zhuǎn)印和基片刻蝕。對于多相位的二元光學(xué)元件，則需要多次重復(fù)上述三步工藝過程，進(jìn)行掩模的套刻加工。
首先，根據(jù)實際的設(shè)計情況，利用光學(xué)設(shè)計軟件設(shè)計好刻有微結(jié)構(gòu)組合面的一套用于光刻的掩模圖形。然后由圖形發(fā)生器生成一套二元振幅掩模。接著，在基片表面均勻地涂上一層光刻膠，將第一塊掩模放置其上，對光刻膠進(jìn)行曝光，曝光后的光刻膠經(jīng)過顯影后被洗去(對于正性光刻膠)，而未曝光的光刻膠則保留下來。這樣，掩模上的圖形就轉(zhuǎn)移到基片的光刻膠上，。然后，再對基片進(jìn)行刻蝕，保留在基片上的光刻膠則作為抗蝕劑，保護(hù)其下的基片不被刻蝕，刻蝕至設(shè)計深度后，清除掉剩余的光刻膠，得到一個二相位四臺階的二元光學(xué)元件。對于多相位的元件，將上面得到的二相位元件的表面重新涂上光刻膠，然后套上第二塊掩模，重復(fù)上述的圖形轉(zhuǎn)印和基片刻蝕的過程。在每一次的重復(fù)過程中，基片刻蝕的深度均為上次刻蝕深度的一半。
圖6所示為本發(fā)明實施方式4，即兩片式球面分離全景環(huán)形成像透鏡。采用前、后片不同材料的透鏡，組合面為兩個有一定空隙的分離表面。本實施方式的透鏡結(jié)構(gòu)和與實施方式1相同，不再重復(fù)敘述。
所述的前、后片透鏡材料的組合為冕牌玻璃與火石玻璃的組合或冕牌玻璃與冕牌玻璃的組合或火石玻璃與火石玻璃的組合，組合順序任意。兩個組合面為凸面，凹面或平面。兩個組合面的形狀可以相同，也可以不同在本實施方式中，光線從環(huán)形第一折射面1入射進(jìn)兩片膠合式全景環(huán)視成像透鏡，在到達(dá)環(huán)形第一反射面2前通過兩個組合面，光路發(fā)生向上或向下的偏轉(zhuǎn)，然后到達(dá)環(huán)形第一反射面2。在被環(huán)形第一反射面2反射回后，又一次到達(dá)組合面6，光路再一次發(fā)生改變。光線到達(dá)第二反射面3后被重新反射回去，此時第三次經(jīng)過組合面6，光路又一次發(fā)生改變，最后從第二折射面出射。
本實施方式最需要注意的問題是光線的全反射問題。由于玻璃材料的折射率大于空氣，而兩片式分離全景環(huán)視成像透鏡的視場角很大，對于邊緣視場來說，入射到組合面上的光線會有較大的入射角。對于常用玻璃來說，邊緣視場光線的入射角極易達(dá)到全反射角的閾值而不能被折射出去。所以，對于常用玻璃來說，組合面的形狀通常應(yīng)當(dāng)選取向第一反射面2凸起的方向，并且其曲率半徑應(yīng)當(dāng)較小，使得組合面上的入射角小于全反射角的閾值，而被折射到分離的空氣中。
雖然對于球面或非球面的設(shè)計來說，本實施方式對于材料選擇和組合面形狀有一定限制，但是對于刻有微結(jié)構(gòu)的表面來說，本實施方式對于長波段光譜的色差校正和衍射效率集中有著其他實施方式所不具備的優(yōu)點，所以仍然是很有價值的實施方式。
如圖7所示為本發(fā)明實施方式5，即三片式單一組合面全景環(huán)視成像透鏡。該實施方式采用前、中、后片不同材料的透鏡，通過膠合組成三片式全景環(huán)視成像透鏡，透鏡繞光軸旋轉(zhuǎn)對稱，前片透鏡一面為向外突出的環(huán)形第一折射面1，前片透鏡后接中片透鏡，前、中片透鏡的連接面為第一組合面，中片透鏡后接后片透鏡，中、后片透鏡的連接面為第二組合面，后片透鏡另一面為凹面環(huán)形第一反射面2，在前片透鏡環(huán)形第一折射面中心設(shè)有第二反射面3，環(huán)形第一折射面1中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二反射面3邊緣相接，在凹面環(huán)形第一反射面2中心設(shè)有第二折射面4，凹面環(huán)形第一反射面2中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二折射面4邊緣相接。第一組合面和第二組合面均為球面。
所述的前、中、后片透鏡材料的組合為冕牌玻璃、冕牌玻璃與冕牌玻璃的組合或冕牌玻璃、冕牌玻璃與火石玻璃的組合或冕牌玻璃、火石玻璃與火石玻璃的組合或火石玻璃、火石玻璃與火石玻璃的組合，組合順序任意。組合面為平面，凸面或凹面。
在本實施方式中，光線從環(huán)形第一折射面1入射進(jìn)兩片膠合式全景環(huán)視成像透鏡，在到達(dá)環(huán)形第一反射面2前被第一組合面和第二組合面折射，光路兩次發(fā)生改變，然后到達(dá)環(huán)形第一反射面2。在被環(huán)形第一反射面2反射回后，又返回第二組合面和第一組合面并被折射，光路又發(fā)生兩次改變。光線到達(dá)第二反射面3后被重新反射回去，此時第三次經(jīng)過第一組合面和第二組合面，光路發(fā)生第五、六次改變，最后從第二折射面出射。
本實施方式的透鏡材料選擇與組合面形狀選擇方法與實施方式1相同，不再重復(fù)敘述。
本實施方式所示的三片式球面膠合全景透鏡光路展開圖與圖3類似，選取三片式膠合全景透鏡的第一反射面2的光線反射點，做反射點的切線，并把三片式膠合全景透鏡以反射點的切線為對稱軸作鏡像。然后選取鏡像中的第二反射面3的光線反射點，作反射點的切線，并把鏡像以反射點的切線為對稱軸作第二鏡像，即可得到光路的展開圖。光路展開后實際上相當(dāng)于通過六塊膠合透鏡。所以，恰當(dāng)選取不同材料的組合，可以使用較少片玻璃達(dá)到使用多片玻璃校正色差的效果。
本實施方式中的三片膠合式全景環(huán)視成像透鏡的制造與實施方式1相同，不再重復(fù)敘述。
圖8所示為本發(fā)明實施方式6，即三片式混合組合面全景環(huán)形成像透鏡。采用前、中、后片不同材料的透鏡，第一組合面為刻有微結(jié)構(gòu)的表面，通過密接的方式組合，第二組合面為球面，通過膠合的方式組合成三片式混合組合面全景環(huán)視成像透鏡。本實施方式的透鏡結(jié)構(gòu)和光路與實施方式5相同，不再重復(fù)敘述。
所述的前、中、后片透鏡材料的組合為冕牌玻璃、冕牌玻璃與冕牌玻璃的組合或冕牌玻璃、冕牌玻璃與火石玻璃的組合或冕牌玻璃、火石玻璃與火石玻璃的組合或火石玻璃、火石玻璃與火石玻璃的組合，組合順序任意。組合面為平面，凸面或凹面。
本實施方式的透鏡材料選擇與組合面形狀選擇方法與實施方式5相同，不再重復(fù)敘述。
本實施方式中的三片式混合組合面全景環(huán)視成像透鏡的非微結(jié)構(gòu)表面的制造過程與實施方式1基本相同?？逃形⒔Y(jié)構(gòu)的組合面的加工方式與實施方式3相同。
本發(fā)明的多片式全景環(huán)形成像透鏡不限于上述實施方式，對于三片式全景環(huán)視成像透鏡來說，其兩個組合面可以采用實施方式1、實施方式2、實施方式3和實施方式4的任意組合。對于大于三片的全景環(huán)視成像透鏡來說，其所有組合面均可以采用實施方式1、實施方式2、實施方式3和實施方式4的任意組合。
權(quán)利要求
1.一種多片式全景環(huán)視成像透鏡，其特征在于，采用前、后片不同材料的透鏡，多種不同的表面類型，通過膠合，密接或分離方式組成多片式全景環(huán)視成像透鏡，透鏡繞光軸旋轉(zhuǎn)對稱，前片透鏡一面為向外突出的環(huán)形第一折射面(1)，前片透鏡后接后片透鏡，前、后片透鏡的連接面為組合面，后片透鏡另一面為凹面環(huán)形第一反射面(2)，在前片透鏡環(huán)形第一折射面中心設(shè)有凹面第二反射面(3)，環(huán)形第一折射面(1)中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二反射面(3)邊緣相接，在凹面環(huán)形第一反射面(2)中心設(shè)有第二折射面(4)，凹面環(huán)形第一反射面(2)中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二折射面(4)邊緣相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多片式全景環(huán)視成像透鏡，其特征在于所述的前、后片透鏡材料的組合為冕牌玻璃與火石玻璃的組合或冕牌玻璃與冕牌玻璃的組合或火石玻璃與火石玻璃的組合，組合順序任意。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多片式全景環(huán)視成像透鏡，其特征在于所述的組合面的表面類型為球面、刻有微結(jié)構(gòu)的表面、奇次非球面或偶次非球面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多片式全景環(huán)視成像透鏡，其特征在于所述的組合面為凸面，凹面或平面。
5.一種多片式全景環(huán)視成像透鏡，其特征在于，采用前、中、后片不同材料的透鏡，多種不同的表面類型，通過膠合，密接或分離方式組成多片式全景環(huán)視成像透鏡，透鏡繞光軸旋轉(zhuǎn)對稱，前片透鏡一面為向外突出的環(huán)形第一折射面(1)，前片透鏡后接中片透鏡，前、中片透鏡的連接面為第一組合面，中片透鏡后接后片透鏡，中、后片透鏡的連接面為第二組合面，后片透鏡另一面為凹面環(huán)形第一反射面(2)，在前片透鏡環(huán)形第一折射面中心設(shè)有第二反射面(3)，環(huán)形第一折射面(1)中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二反射面(3)邊緣相接，在凹面環(huán)形第一反射面(2)中心設(shè)有第二折射面(4)，凹面環(huán)形第一反射面(2)中心內(nèi)環(huán)邊緣與第二折射面(4)邊緣相接，中片透鏡為多片時以此類推。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多片式全景環(huán)視成像透鏡，其特征在于所述的前、中、后片透鏡材料的組合為冕牌玻璃、冕牌玻璃與冕牌玻璃的組合或冕牌玻璃、冕牌玻璃與火石玻璃的組合或冕牌玻璃、火石玻璃與火石玻璃的組合或火石玻璃、火石玻璃與火石玻璃的組合，組合順序任意。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多片式全景環(huán)視成像透鏡，其特征在于所述中片透鏡為多片時，中片透鏡材料為冕牌玻璃與火石玻璃的任意組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多片式全景環(huán)視成像透鏡，其特征在于所述的多種不同的表面類型為球面、刻有微結(jié)構(gòu)的表面、奇次非球面或偶次非球面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多片式全景環(huán)視成像透鏡，其特征在于所述的組合面為凸面、凹面或平面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多片式全景環(huán)視成像透鏡。它采用前、后片不同材料的透鏡，多種不同的表面類型，通過膠合，密接或分離方式組成多片式全景環(huán)視成像透鏡，前片透鏡一面為向外突出的環(huán)形第一折射面，前、后片透鏡的連接面為組合面，后片透鏡另一面為凹面環(huán)形第一反射面，在前片透鏡環(huán)形第一折射面中心設(shè)有第二反射面，第一折射面內(nèi)環(huán)邊緣與第二反射面邊緣相接，在環(huán)形第一反射面中心設(shè)有第二折射面，第一反射面內(nèi)環(huán)邊緣與第二折射面邊緣相接。本發(fā)明通過使用不同材料的組合，增加了設(shè)計自由度，使全景透鏡在成像時校正一部分色差，減輕了后繼透鏡組校正色差的負(fù)擔(dān)，縮小了長焦距全景光學(xué)系統(tǒng)的體積。適當(dāng)選取組成全景透鏡的各種材料可擴大視場范圍。
文檔編號G02B1/00GK101038366SQ20071006822
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者牛爽, 白劍, 侯西云, 楊國光 申請人:浙江大學(xué)