[发明专利]三反射镜全景相机

权利要求书

1.一种适于产生超广视场角内的物体的图像的设备，该设备包括：

光学子系统，包括：

第一凸非球面反射镜，限定了中心光圈和光轴；

第二非球面反射镜，限定了中心光圈，所述第二非球面反射镜相对于所述第一凸反射镜沿所述光轴布置；以及

第三非球面反射镜，所述第三非球面反射镜在所述第一凸非球面反射镜中心光圈处或靠近所述第一凸非球面反射镜中心光圈同样沿所述光轴布置；

其中所述超广视场角内物体的图像可通过标准光学元件校正，以在像平面上产生光学分辨率近似等于或大于图像传感器的奈奎斯特采样准则的图像，所述图像传感器捕捉光学图像并调整至所述像平面。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述图像具有的光学分辨率达到并且大于大约40线对/毫米或40周期数/毫米。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述超广视场大于大约250度。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述设备具有的光圈级数低至大约4.0或更低。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述第二非球面反射镜和所述第三非球面反射镜的结合提供双重光学折叠以缩短所述三反射镜光学子系统沿光轴的长度。

6.如权利要求5所述的设备，其中所述三反射镜光学子系统沿光轴的长度与第一凸非球面反射镜直径的比值低至大约1.1-1.2或更低。

7.如权利要求1所述的设备，其中所述第一凸非球面反射镜的表面选自：抛物面、双曲面、高阶抛物面以及高阶双曲面。

8.如权利要求1所述的设备，其中所述第二非球面反射镜具有的焦度选自：正光焦度、负光焦度以及零光焦度。

9.如权利要求1所述的设备，其中所述第三非球面反射镜为凹面。

10.如权利要求1所述的设备，其中所述标准光学元件为校正透镜。

11.如权利要求10所述的设备，其中所述校正透镜包括微投影透镜。

12.如权利要求10所述的设备，其中所述校正透镜包括复合透镜。

13.如权利要求12所述的设备，其中所述复合透镜包括以下一种：双高斯物镜和改进的双高斯物镜。

14.如权利要求1所述的设备，所述设备还包括布置于所述像平面的数字图像传感器，该数字图像传感器配置成接收所述像平面上所产生的图像。

15.一种将超广视场内一个或一个以上物体的图像投影至图像传感器平面的方法，所述方法包括：

(a)通过凸非球面反射表面反射所述超广视场内的一个或一个以上物体以提供第一虚像；

(b)采用第二非球面反射镜反射所述第一虚像以形成第二图像，其中反射所述第一虚像包括对第一图像场曲和第一图像压缩中的一个或一个以上进行校正；

(c)采用第三非球面反射镜反射所述第二图像以形成第三图像，其中反射所述第二图像包括对第二图像场曲和第二图像压缩中的一个或一个以上进行校正；以及

(d)采用光学校正元件聚焦所述第三图像以投影光学分辨率近似等于或大于数字传感器的奈奎斯特采样准则的衍射受限图像。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述衍射受限图像具有的剩余场曲近似平场并且对于低至4.0或更低的光圈级数的图像传感器平面的照度基本上均匀。

17.如权利要求15所述的方法，其中聚焦所述第三图像包括校正以下一种或一种以上：第三图像场曲、第三图像压缩、第三图像像散、第三图像彗形像差、第三图像三阶球面像差以及第三图像高阶球面像差组。

18.如权利要求15所述的方法，其中聚焦所述第三图像包括采用校正透镜进行聚焦。

19.如权利要求15所述的方法，其中(b)和(c)中的校正包括彼此独立地调节以下至少一种参数：所述第一、第二和第三反射镜的形状、直径和焦距。

20.如权利要求15所述的方法，其中聚焦所述第三图像包括调节以下至少一种：所述校正透镜的多个透镜元件中至少一个的形状、直径、焦距以及折射率。

21.如权利要求15所述的方法，其中，对于所述超广视场，所述衍射受限图像包括大约介于1.2与1.5之间的图像压缩系数。