广角物镜系统和照相机技术方案

本发明专利技术公开了一种广角物镜系统以及一种带有该广角透镜系统的照相机。广角物镜系统特别适用于汽车领域中的广角照相机，其包括第一透镜组（２），其带有用于在对角线视场角（α）的范围内汇聚来自物体的光的入口孔（４）；光圈（６），其设置在所述第一透镜组（２）之后，以及第二透镜组（８），其设置在所述光圈（６）之后，所述第二透镜组（８）投射来自所述第一透镜组（２）的、经过所述光圈（６）的光。根据本发明专利技术，利用具有１２０°对角线视野的广角透镜系统，通过该广角透镜系统自身将失真减少至小于１０％，优选地小于５％；利用具有１４２°对角线视野的广角透镜系统，通过该广角透镜系统自身将失真减少至小于１７％，优选地小于１５％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种广角物镜系统及带有这种广角透镜系统的广角照相机 系统。
技术介绍
当今，机动车辆，特别商用车辆，越来越多地安装照相机以便监控车辆 周围的区域。用于这种用途的全景照相机刚性地固定于车辆上，以使照相机 必须包括宽的视域或广角视野。为此目的，通常安装具有价格较便宜的广角 透镜系统的照相机。这些广角物镜包括100°或100。以上的很宽的视场角。然而，这种大的视场角，即这种宽广的观察范围，必须以显示图像的外侧边缘中产生相当大的 失真和降低的亮度为代价。"失真"或"图像失真"是指物体的边缘区域中 的直线在产生的图像中显示为曲线。重要的是区别桶形失真和枕形失真。广角透镜系统通常显示桶形失真，即表示为正图(positive figure)。请看图3，其示出了正反图像失真的实例。图像失真可以表示为卩^)，其中y'表示在未失真情况下的图像的高度，而y表示带有像差的图像^y^度。按一般规律，只考虑径向失真，即只考虑沿着径向距离的长度变化。在本申请中，失真的 %值表示这种径向的图像失真。在包括物镜特别是广角物镜之处，所产生的图像中出现许多误差或像 差，它们被称为"七种赛德尔像差(Seidel Aberrations)"，参见赛德尔误 差理论(Seidel Error Theory)。这七种赛德尔像差可组合成三组I) 聚焦像差a) 球面像差(近轴光线与边际光线的差别)，b) 彗差(面状光(lightpatching)，带有成串的拖尾)，c) 像散(在多点形成焦线)；II) 位置像差d) 场曲(由图像接收器的曲面产生)，e) 失真(凸形或凹形轮廓或者桶形或枕形轮廓)， III)色差f) 纵向色差g) 横向色差物镜系统的各透镜具有各种性能参数，如玻璃的类型、由两个透镜表面 的半径表示的曲率和透镜厚度。物镜系统中的多个透镜的设置结构特征在于 一个透镜距另一个透镜的间距、光圈的位置和后焦点，即最后的透镜表面到 记录图像的平面的距离。这些特征被称为参数或者自由度。理论上，可使用 这些自由度中每一个来校正图像像差。与其相反，各自由度都参与形成所有 图像像差。通过按照惯例使用光学软件，可以计算各单个透镜表面的、成比 例的图像像差。在下文中，将借助于一种相关实例来说明光学器件设计人员的工作方 法。这个实例非常重要，因为它介绍了光学器件设计人员如何行动的构思并 且它表明光学器件设计人员的创造性仍然是决定性的。可以利用最少八个自 主系统参数来校正这七种像差。焦距也是这样一种参数。就原理而言，三合 透镜即三透镜物镜足以进行这种校正。三合透镜通常由两个例如由冕玻璃制 成的外侧会聚构件和一个例如由燧石玻璃制成的内侧发散构件组成。这种装 置提供了六个半径和单个透镜之间的两个距离。首先，光学器件设计人员汇 集光学系统参数如玻璃的类型、透镜的厚度、透镜之间的间距以及玻璃表面 的曲率半径。我们具有六个透镜表面，现在可以确定各透镜表面对最终图像 的总像差的影响达到什么程度。很简单，我们可以确定，在一种给定情况下， 第一透镜的第二表面的半径产生球形像差和色像差，而第三透镜表面的半径 产生彗差和像散。光学器件设计人员现在必须对如何校正这些像差做出决定。他可设法改 变第一透镜的曲率以便校正球面像差。然而，透镜的曲率也决定着焦距并且 所述焦距不应改变。曲率的改变可减小球面像差但同时彗差将增大。设计人 员也可以决定将校正分配在多个系统参数上以便改进误差敏感度。如果一个 特定的参数对于校正特定像差是极具决定性的，那么在生产透镜系统期间， 在所述参数超过容许的公差或余隙范围之外时，就会遇到麻烦。或者，也可以决定将该余隙规定得十分细微并且在透镜系统生产中不能观察到。光学器件设计人员将会改变系统参数直至使剩下的光学像差足够小。在 另外的步骤中，他将会试图同时利用不同的自由度校正各图像像差。于是， 校正的任务可被分散在各个透镜表面上并且整个系统不再是不满意的。在特 定限制内，光学器件设计人员可以指定玻璃类型和曲度，但是每种选定的组 合产生另一个方面的总校正。如果三合透镜设置成接近于预定要求，则设计 人员可以例如确定在图像边缘的像散几乎消失，而是看来似乎在内侧视野中 起重要作用。在这一点上，我们遇到了新问题。不幸地，光学像差并非只有 上述的七种赛德尔像差。将赛德尔像差标示为"第三阶图像像差"。逻辑上， 存在更多的高阶像差。其中，最重要的是第五阶像差和第七阶像差。这些像 差组通常只有当第一组、"第三阶"像差得到正确地校正时才会遇到。理论上，存在于物体中的很小的点再次被映射成很小的点。实践上，这 不会由于所述光学像差而产生。点不会再现为点，而是再现为亮度分布变化的小圆盘。 一旦这些圆盘具有(under-step) —定直径，像差就变得很明显。 这是一种非常简化的解释。实际上，这些像差连续地产生，但是只有当三阶 的残余像差很小时才会引起注意。在视野中像散仍然可见的上述实例，即"三合透镜实例"显示了这些高 阶图像像差的影响。人们可以利用赛德尔图像像差的限定的、完全受控的残 余来补偿第五阶和第七阶误差或像差。这自然是一种受限的措施，并且只有 视场角和/或光圈孔很小时，三合透镜才将具有可接受的图像质量。重要的是应当指出，由透镜的数量和结构等限定的有限光学系统提供了 有限的可能校正方案。换句话说，这意味着即使对于高级的光学器件软件和 计算机能力，也只有有经验的光学器件设计人员会选择"正确的"起始参数。使用计算机、软件和数值方法来减小光学像差。使用这种设备和程序来 优化光学系统。这样大量的数据可能引起其自身的问题。因此，专家或光学 器件设计人员的任务并没有变得更容易。相反，借助于计算机，光学器件设 计人员能考虑更多的参数并更快且更准确地完成计算。光学系统的设计参数(透镜曲率、透镜厚度、间距、折射率等)的数量和 所述光学像差的校正程度之间存在特定关系。分别利用更大的自由度和更多 设计参数，光学器件设计人员相应地具有校正系统的更多的可能方案。如果光学器件设计人员应用更大数量的光学元件，则能获得更好的校正程度。然 而，这样会导致成本显著增加，而且系统可能在制造余隙方面反应强烈或者 导致重量增加。于是，光学系统的设计人员必须很好地理解给定构造的基本的光学可能 方案。所有构造或设计需要依照初始设计图进行系统优化或规划。如果构造 并不适合于精确补偿像差，则光学器件设计人员将只会获得较低质量的产六透镜物镜系统具有io个自由透镜表面(半径)、六个透镜厚度(每 个透镜一个)及透镜之间的四个间距。另外，每种类型的玻璃具有其自身的折射率和散射数量。而且，如果需要，要确定光圈的精确位置。利用这36 个参数即36个自由度，光学器件设计人员必须校正超过60种不同的图像像 差。各参数能呈现大约IO，OOO个各别的值，人们必须计算用于各参数变化的 大约6,000种不同的光线路径。这36个自由度或参数也并非完全独立。某些自由度或参数必须组合； 其它的自由度或参数会受到其它参数的强烈限制。相应地，36个自由度降低 至大约20个，因此任务变得更复杂。考虑到给定的条件和因素，如果没有 数千种设计，可能产生数百种设计并不令人惊讶，所有设计都非常接近或类 似于所需的方案或设计。借助于每秒能够计算10,000个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种广角物镜系统，包括：　　　　第一透镜组（２），其带有用于在１２０°±１０°的对角线视场角（α）的范围内汇聚来自物体的光的入口孔（４）；　　　　光圈（６），其设置在所述第一透镜组（２）之后，以及　　　　第二透镜组（８），其设置在所述光圈（６）之后，所述第二透镜组（８）投射来自所述第一透镜组（２）的、经过所述光圈（６）的光，以使所述光以小于５％，优选地小于３％的图像失真照射到图像表面（１０）上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：维尔纳朗，米夏埃儿维茨克，克劳斯埃克勒，托马斯赖因哈德，
申请(专利权)人：梅克拉朗两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]