一种用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头制造技术

本发明专利技术公开了一种用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头，属于光学镜头技术领域。自物方至像方同轴依序包括环形面反射镜、第一透镜、第二透镜、第三透镜和光阑；在物方右手坐标系中设定矩形键盘长方向为Y轴方向，矩形键盘宽方向为X轴方向，光轴方向为垂直于矩形键盘表面的Z轴方向；环形面反射镜具有光焦度；第一透镜为具有负光焦度的弯月透镜，靠近像方的一侧采用内凹偶次非球面，朝向物方的面为外凸球面；第二透镜为具有负光焦度的弯月透镜，靠近像方的一侧采用外凸偶次非球面，朝向像方的面为内凹球面；第三透镜为具有正光焦度的弯月透镜，近像方的一侧采用内凹偶次非球面，朝向物方的面为外凸球面；光阑放置在第三透镜靠近像方一侧。透镜靠近像方一侧。透镜靠近像方一侧。

【技术实现步骤摘要】
一种用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头


[0001]本专利技术属于光学镜头
，具体涉及一种用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头。

技术介绍

[0002]随着网络在线教学方法的发展与普及，钢琴教育行业也借助互联网平台，向在线化、数据化、智能化方向迈进，以助于将钢琴学习过程变得更加简便化、效率化及经济化。由于钢琴键盘区域具有长宽比较大的矩形视场分布特点，所以在对钢琴弹奏数据进行视频采集时，需要进行大视场、小畸变画面效果拍摄，而手机镜头无法满足这一需求，即使结合目前现有的手机辅助镜头，在拍摄过程中当视场大于60
°
时，透镜组中的畸变也已经超过40％。上述缺陷对于对钢琴在线教学而言，拍摄效果不理想，也不利于后续钢琴练习数据的进一步图像处理。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头，采用了折反射混合的方式，将折射透镜中非球面设置与反射镜的环形面设置相结合，对系统像差进行控制，促使光线在与手机镜头衔接的光阑处恰好实现近似平行光出射，同时使物方长宽比较大矩形大视场范围经该广角手机辅助镜头后转换成手机的物方工作角范围，同时利用反射面矩形孔径设置进一步约束系统视场成像范围。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]本专利技术提供了一种用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头，自物方至像方同轴依序包括环形面反射镜、第一透镜、第二透镜、第三透镜和光阑；
[0006]所述环形面反射镜为具有光焦度的反射镜；
[0007]所述第一透镜为具有负光焦度的弯月透镜，靠近像方的一侧采用内凹偶次非球面，朝向物方的面为外凸球面；
[0008]所述第二透镜为具有负光焦度的弯月透镜，靠近像方的一侧采用外凸偶次非球面，朝向像方的面为内凹球面；
[0009]所述第三透镜为具有正光焦度的弯月透镜，近像方的一侧采用内凹偶次非球面，朝向物方的面为外凸球面；
[0010]所述光阑放置在第三透镜靠近像方一侧。
[0011]在具体实施过程中，在物方右手坐标系中，设定矩形键盘长方向为Y轴方向，矩形键盘宽方向为X轴方向，光轴方向为Z轴方向，所述Z轴垂直于矩形键盘表面；
[0012]所述环形面反射镜为沿X轴方向的光焦度为零，沿Y轴方向具有负焦度的反射镜；
[0013]所述环形面反射镜的视场中心处法线与Z轴的夹角为30
°
；所述环形面反射镜的矩形孔径尺寸为20mm*60mm。
[0014]在具体实施过程中，所述镜头的整体镜头长度为25.56mm；所述镜头的Y轴的全视
场范围为900mm，X轴的全视场范围为140mm；
[0015]所述镜头的Y轴方向的焦距为5306.942mm，X轴方向的焦距为707.419mm。
[0016]在具体实施过程中，所述环形面反射镜的环形面由Y
‑
Z平面内定义的曲线绕平行于Y轴且与Z轴相交的对称轴旋转而成；
[0017]所述曲线在Y
‑
Z平面的定义为：
[0018][0019]上式中：y为曲线Y轴坐标；Z为当曲线Y轴坐标为y时，曲线沿光轴方向距离环形面顶点的距离矢量高度；b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7为多项式系数；c为透镜表面曲率；k为圆锥系数。
[0020]在具体实施过程中，所述环形面反射镜的曲率半径为44.302mm；所述环形面反射镜的圆锥系数为
‑
1.201；所述环形面反射镜的b1为
‑
0.011。
[0021]在具体实施过程中，所述第一透镜的折射率为1.77，阿贝常数为49.6；所述第二透镜的折射率为1.59，阿贝常数为68.4；所述第三透镜的折射率为1.85，阿贝常数为23.8。
[0022]在具体实施过程中，所述第一透镜的内凹偶次非球面、所述第二透镜的外凸偶次非球面以及第三透镜的内凹偶次非球面满足偶次非球面镜面公式：
[0023][0024]上式中：h表示透镜表面距光轴的径向距离；c为透镜表面曲率；k为圆锥系数；a1、a2、a3、a4、a5、a6为非球面高阶系数；Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的矢量高度。
[0025]在具体实施过程中，所述第一透镜的内凹偶次非球面的圆锥系数为
‑
0.492，所述第二透镜的外凸偶次非球面的圆锥系数为
‑
3.003，所述第三透镜的内凹偶次非球面的圆锥系数为
‑
0.663，所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜的非球面高阶系数均为0。
[0026]在具体实施过程中，在物距为300mm情况下，将所述镜头与手机本体组合后，对于长宽比为6.428的矩形视场图像边缘与中间位置畸变的相对情况的SMIA TV畸变值为0.22％。
[0027]在具体实施过程中，所述镜头与手机本体组合后形成的系统的红蓝两波长色光之间的垂轴色差控制在2.8μm以内；所述系统的全视场最大畸变量的绝对值小于0.5％；所述系统的场曲被校正在0.2mm以内，在最大视场处像散为0.11mm。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0029]本专利技术基于在手机拍摄钢琴键盘区域时，手机镜头在钢琴上方摆放位置和其相对键盘平面的倾斜角度，提供一种用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头。所述镜头采用折反射混合方式对钢琴键盘的矩形核心区域进行成像，整个结构中透镜表面分别运用到球面和非球面折射及环形面反射，来控制光学系统像差，重点在于控制矩形视场的边缘处畸变。环形面反射的使用可使得整个系统在减少透镜片数、简化结构的基础上，进一步优化光学系统成像质量，还将光学系统中镜头长度控制在合理范围内。
[0030]进一步，本专利技术所设计的透镜系统考虑到手机镜头在钢琴上方摆放位置和其相对键盘平面的倾斜角度，在环形面反射镜中心处可实现入反射光轴按照60
°
夹角进行反射的目标下，利用环形面参数优化完成对钢琴键盘长宽比为6.428的矩形核心区域(y轴全视场为900mm，x轴全视场为140mm覆盖全部中音区、部分低音区和高音区)边缘视场的畸变控制。其中，在将光学系统中镜头长度控制在合理范围内前提下，环形面反射的使用使系统所运用的折射透镜数量只有三个，还降低了非球面透镜表面的复杂程度，在简化结构的基础上优化了光学系统成像质量。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头的光学结构图；
[0032]图2为本专利技术的用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头结合虚拟手机透镜的X
‑
Z平面光路图；
[0033]图3为本专利技术的用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头结合虚拟手机透镜的Y
‑
Z平面光路图；
[0034]图4为本专利技术的用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头，其特征在于，自物方至像方同轴依序包括环形面反射镜(1)、第一透镜(2)、第二透镜(3)、第三透镜(4)和光阑(5)；所述环形面反射镜(1)为具有光焦度的反射镜；所述第一透镜(2)为具有负光焦度的弯月透镜，靠近像方的一侧采用内凹偶次非球面，朝向物方的面为外凸球面；所述第二透镜(3)为具有负光焦度的弯月透镜，靠近像方的一侧采用外凸偶次非球面，朝向像方的面为内凹球面；所述第三透镜(4)为具有正光焦度的弯月透镜，近像方的一侧采用内凹偶次非球面，朝向物方的面为外凸球面；所述光阑(5)放置在第三透镜(4)靠近像方一侧。2.根据权利要求1所述的用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头，其特征在于，在物方右手坐标系中，设定矩形键盘长方向为Y轴方向，矩形键盘宽方向为X轴方向，光轴方向为Z轴方向，所述Z轴垂直于矩形键盘表面；所述环形面反射镜(1)为沿X轴方向的光焦度为零，沿Y轴方向具有负焦度的反射镜；所述环形面反射镜(1)的视场中心处法线与Z轴的夹角为30
°
；所述环形面反射镜(1)的矩形孔径尺寸为20mm*60mm。3.根据权利要求2所述的用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头，其特征在于，所述镜头的整体镜头长度为25.56mm；所述镜头的Y轴的全视场范围为900mm，X轴的全视场范围为140mm；所述镜头的Y轴方向的焦距为5306.942mm，X轴方向的焦距为707.419mm。4.根据权利要求2所述的用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头，其特征在于，所述环形面反射镜(1)的环形面由Y
‑
Z平面内定义的曲线绕平行于Y轴且与Z轴相交的对称轴旋转而成；所述曲线在Y
‑
Z平面的定义为：上式中：y为曲线Y轴坐标；Z为当曲线Y轴坐标为y时，曲线沿光轴方向距离环形面顶点的距离矢量高度；b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7为多项式系数；c为透镜表面曲率；k为圆锥系数。5.根据权利要求4所述的用于拍摄钢琴键盘的折反射广角手机辅助镜头，其特征在于，所述环形面反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌明，甄艳坤，卢胜男，付之俏，陈昱彤，王子科，程方中，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：