基于环形高斯径向基函数自由曲面的全景环带光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于环形高斯径向基函数自由曲面的全景环带光学系统，包括依次同轴布置的全景环带头部单元、后继透镜组和传感器；后继透镜组包括从物方到像方依次布置的具有负光焦度的双凹透镜RL1、具有正光焦度的双凸透镜RL2、具有负光焦度的弯月形透镜RL3、具有正光焦度的双凸透镜RL4、具有正光焦度的双凸透镜RL5、具有负光焦度的弯月形透镜RL6，所述RL3凹面位于像方，凸面位于物方；所述RL6凹面位于物方，凸面位于像方；RL4位于像方的表面、RL5位于物方的表面、RL6位于像方表面均使用环形高斯径向基函数自由曲面。本发明专利技术使用环形高斯径向基函数自由曲面，实现对不同视场独立控制，同时矫正各视场的像差，保证在超大视场范围内获得良好的成像质量。场范围内获得良好的成像质量。场范围内获得良好的成像质量。

【技术实现步骤摘要】
基于环形高斯径向基函数自由曲面的全景环带光学系统


[0001]本专利技术涉及全景环带成像领域，尤其涉及一种基于环形高斯径向基函数自由曲面的全景环带光学系统。

技术介绍

[0002]全景环带成像系统由全景头部单元和中继透镜系统两部分组成，可以对围绕其光轴360
°
空间内的景物实现凝视成像。随着技术的不断发展，大视场、高像质、结构简单、体积小的光学系统已经成为了一种发展趋势。但由于全景环带光学系统的视场较大，在设计的过程中需要矫正更多的像差，难以同时提升各个视场的像质，因此目前常见的全景环带光学系统的最大半视场通常在100
°
左右。
[0003]公开号为CN115097607A的中国专利，公开了一种全景光学系统，头部单元由弯月形透镜和双凸透镜组成，能够实现大视场清晰稳定成像，但最大视场仅为105
°
。
[0004]公开号为CN215494323U的中国专利，公开了一种玻塑混合的全景环带成像装置，头部单元使用塑料镜片，后继透镜组包含塑料镜片和玻璃镜片，最大半视场是135
°
，但最小半视场仅为50
°
，垂直视场仅有85
°
，且总长为58mm，结构较为复杂。
[0005]公开号为CN211698376U的中国专利，公开了一种超大视场全球面全景环带光学系统，所有镜片使用球面，成像半视场为55
°
～120
°
，垂直视场仅有65
°
，总长为88mm。
[0006]综上所述，现有技术所构建的全景环带光学系统，存在视场范围不够大的缺点，并且目前所使用的自由曲面通常为全局控制，在大视场范围下，各个视场难以同时实现良好的像质。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提出如下技术方案：
[0008]一种基于环形高斯径向基函数自由曲面的全景环带光学系统，包括依次同轴布置的全景环带头部单元、后继透镜组和传感器；所述后继透镜组包括从物方到像方依次布置的具有负光焦度的双凹透镜RL1、具有正光焦度的双凸透镜RL2、具有负光焦度的弯月形透镜RL3、具有正光焦度的双凸透镜RL4、具有正光焦度的双凸透镜RL5、具有负光焦度的弯月形透镜RL6，所述RL3凹面位于像方，凸面位于物方；所述RL6凹面位于物方，凸面位于像方；
[0009]所述RL4位于像方的表面、RL5位于物方的表面、RL6位于像方表面均使用环形高斯径向基函数自由曲面，所述环形高斯径向基函数自由曲面的表达式如下：
[0010][0011][0012]式中，(x，y，z)为曲面上点的空间坐标，r为曲面上点的半径，c为曲
面顶点处的曲率，k为圆锥曲面系数，w
i
为第i个环形高斯径向基函数的权重系数，g
i
(r)为第i个环形高斯径向基函数，r
i
为第i个环形高斯径向基函数的中心半径，σ
i
为第i个环形高斯径向基函数的标准差。
[0013]进一步地，所述全景环带头部单元的前表面包括位于中心的前反射面A3和位于A3外周的前透射面A1；所述全景环带头部单元的后表面包括位于中心的后透射面A4和位于A4外周的后反射面A2；所述前反射面A3为凸面，所述后反射面A2为凹面。
[0014]进一步地，所述RL1位于物方的一面为透射面B1，位于像方的一面为透射面B2；所述RL2位于物方的一面为透射面C1，位于像方的一面为透射面C2；所述RL3位于物方的一面为透射面D1，D1为凸面，位于像方的一面为透射面D2，D2为凹面；所述RL4位于物方的一面为透射面E1，位于像方的一面为透射面E2；RL5和RL6胶合在一起，所述RL5位于物方的一面为透射面F1，所述RL6位于像方的一面为透射面F3，F3为凸面，所述RL5与RL6的中间透射胶合面为透射面F2，RL6的F2面为凹面。
[0015]进一步地，所述透射面E2、F1、F3的参数具体如下：
[0016]E2，曲率半径范围为
‑
6mm～
‑
5mm，中心厚度为0.8mm，有效半口径范围为1mm～2mm；
[0017]F1，曲率半径范围为6mm～8mm，中心厚度为1.7mm，折射率范围为1.55～1.6，阿贝数范围为60～65，有效半口径范围为1mm～2mm；
[0018]F3，曲率半径范围为
‑
10mm～
‑
8mm，中心厚度为1.5mm，有效半口径范围为1mm～2mm。
[0019]进一步地，所述A1～A4、B1、B2、C1、C2、D1、D2、E1、F2的参数具体如下：
[0020]A1，曲率半径范围为25mm～30mm，中心厚度为14mm，折射率范围为1.75～1.8，阿贝数范围为40～45，有效半口径范围为20mm～21mm；
[0021]A2，曲率半径范围为
‑
10mm～
‑
3mm，中心厚度为
‑
13.5mm，折射率为1，阿贝数为0，有效半口径范围为4mm～5mm；
[0022]A3，曲率半径范围为
‑
55mm～
‑
45mm，中心厚度为13.5mm，折射率为1，阿贝数为0，有效半口径范围为2mm～3mm；
[0023]A4，曲率半径范围为
‑
10mm～
‑
3mm，中心厚度为0.4mm，有效半口径范围为1mm～2mm；
[0024]B1，曲率半径范围为
‑
7mm～
‑
6mm，中心厚度为0.9mm，折射率范围为1.7～1.75，阿贝数范围为35～40，有效半口径范围为1mm～2mm；
[0025]B2，曲率半径范围为5mm～6mm，中心厚度为0.4mm，有效半口径范围为1mm～2mm；
[0026]C1，曲率半径范围为9mm～11mm，中心厚度为0.8mm，折射率范围为1.7～1.75，阿贝数范围为50～55，有效半口径范围为1mm～2mm；
[0027]C2，曲率半径范围为
‑
10mm～
‑
5mm，中心厚度为0.45mm，有效半口径范围为1mm～2mm；
[0028]D1，曲率半径范围为4mm～5mm，中心厚度为4mm，折射率范围为1.45～1.5，阿贝数范围为75～80，有效半口径范围为1mm～2mm；
[0029]D2，曲率半径范围为4mm～5mm，中心厚度为0.7mm，有效半口径范围为1mm～2mm；
[0030]E1，曲率半径范围为20mm～22mm，中心厚度为1.5mm，折射率范围为1.45～1.5，阿贝数范围为70～75，有效半口径范围为1mm～2mm；
[0031]F2，曲率半径范围为
‑
3mm～
‑
2mm，中心厚度为1.3mm，折射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于环形高斯径向基函数自由曲面的全景环带光学系统，其特征在于，包括依次同轴布置的全景环带头部单元、后继透镜组和传感器；所述后继透镜组包括从物方到像方依次布置的具有负光焦度的双凹透镜RL1、具有正光焦度的双凸透镜RL2、具有负光焦度的弯月形透镜RL3、具有正光焦度的双凸透镜RL4、具有正光焦度的双凸透镜RL5、具有负光焦度的弯月形透镜RL6，所述RL3凹面位于像方，凸面位于物方；所述RL6凹面位于物方，凸面位于像方；所述RL4位于像方的表面、RL5位于物方的表面、RL6位于像方表面均使用环形高斯径向基函数自由曲面，所述环形高斯径向基函数自由曲面的表达式如下：基函数自由曲面，所述环形高斯径向基函数自由曲面的表达式如下：式中，(x，y，z)为曲面上点的空间坐标，r为曲面上点的半径，c为曲面顶点处的曲率，k为圆锥曲面系数，w
i
为第i个环形高斯径向基函数的权重系数，g
i
(r)为第i个环形高斯径向基函数，r
i
为第i个环形高斯径向基函数的中心半径，σ
i
为第i个环形高斯径向基函数的标准差。2.根据权利要求1所述的基于环形高斯径向基函数自由曲面的全景环带光学系统，其特征在于，所述全景环带头部单元的前表面包括位于中心的前反射面A3和位于A3外周的前透射面A1；所述全景环带头部单元的后表面包括位于中心的后透射面A4和位于A4外周的后反射面A2；所述前反射面A3为凸面，所述后反射面A2为凹面。3.根据权利要求2所述的基于环形高斯径向基函数自由曲面的全景环带光学系统，其特征在于，所述RL1位于物方的一面为透射面B1，位于像方的一面为透射面B2；所述RL2位于物方的一面为透射面C1，位于像方的一面为透射面C2；所述RL3位于物方的一面为透射面D1，D1为凸面，位于像方的一面为透射面D2，D2为凹面；所述RL4位于物方的一面为透射面E1，位于像方的一面为透射面E2；RL5和RL6胶合在一起，所述RL5位于物方的一面为透射面F1，所述RL6位于像方的一面为透射面F3，F3为凸面，所述RL5与RL6的中间透射胶合面为透射面F2，RL6的F2面为凹面。4.根据权利要求3所述的基于环形高斯径向基函数自由曲面的全景环带光学系统，其特征在于，所述透射面E2、F1、F3的参数具体如下：E2，曲率半径范围为
‑
6mm～
‑
5mm，中心厚度为0.8mm，有效半口径范围为1mm～2mm；F1，曲率半径范围为6mm～8mm，中心厚度为1.7mm，折射率范围为1.55～1.6，阿贝数范围为60...

【专利技术属性】
技术研发人员：白剑，杨迎哲，王佳，李月佳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：