CN105278230A - 一种引导反射到孔径的全平反射镜及其全景光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种引导反射到孔径的全平反射镜及其全景光学装置，所述全景光学装置包括反射器、反射镜和一个或多个光学组件的组合。所述反射器具有圆锥形状，该形状可以从宽基座到顶端逐渐变细，所述顶端包括孔径。所述反射镜位于腔内，并且定位在全景光学装置的垂悬罩内，位于基本上平行于圆锥形状的圆形横截面的平面内；所述反射镜可以将从反射器反射的环境光反射到孔径中，或者将从孔径发射的光反射到反射器上，反射镜反射的杂散光被腔壁吸收。所述一个或多个光学组件的组合可至少部分定位在反射器的体积区域内，一个或多个光学组件的组合将穿过孔径的光束聚焦至图像传感器。

Description

一种引导反射到孔径的全平反射镜及其全景光学装置

技术领域

本发明涉及单次全景光学装置，以及，更具体地，涉及一种引导反射到全景光学装置的孔径的全平反射镜及其全景光学装置。

背景技术

在全景照相机中提供高质量的光学器件是具有挑战性的。目前，业界已经采取不同的方法来解决这个问题。其中，一种方法是移动透镜并随着透镜的移动拍摄一组图像，随着时间的推移该组图像覆盖一个视场，来自移动透镜的图像被合并以形成全景场景；另一种方法是形成多个不同照相机的透镜的阵列，并将通过该透镜阵列所拍摄的图像合并成单一的图像；还有一种方法是利用超广角镜头（例如，鱼眼透镜）以采集比正常视场宽的场景；再有一种方法是利用全景光学装置单次（利用单个镜头的离散时间点）产生360度水平视场。后一种方法有时被称作“单次”全景装置，其利用单个镜头在一个时间点采集全景场景。根据使用情况的不同，这些方法中的每一种都具有优缺点。

在使用全景光学组件的单次解决方案中，根据情况已经采取了多种方法。经常地，这些组件允许采集环境的单一的360度图像。传统的全景单次照相机在图像传感器的前方放置倒置的弯曲反射表面，以在将光束引导至图像传感器之前对其进行反射，但是这些方法导致物理配置笨重，并产生缺少高保真度的歪曲的360度图像。

发明内容

本发明的一方面描述了一种单次全景照相机，其是一种具有二次曲面反射器，反射镜和一组光学组件的全景光学装置。所述二次曲面反射器具有圆锥形状，其从宽基座到顶端逐渐变细，该顶端具有孔径。所述反射镜位于全景光学装置的垂悬罩的腔内，该反射镜定位在与该二次曲面反射器的横截面大致平行的平面内。非折射的反射镜的中心基本上位于孔径正上方，反射镜所在的腔壁包括吸收杂散光的高吸收材料，杂散光是从二次曲面反射器和反射镜反射的光，但不是一被反射镜首次反射就被引导传输穿过孔径的光，通过腔壁吸收杂散光可以最小化从反射镜二次反射出去的光束穿过该孔径。该光学组件被至少部分的定位在所述二次曲面反射器的体积区域内，该光学组件将光束聚焦穿过该孔径。换句话说，该非反射表面用于最小化不需要的反射传送至该孔径。

本发明的另一个方面描述了一种单次全景照相机光学组件。该光学组件包括凹在全景光学照相机装置的垂悬罩的腔内的反射镜，该反射镜定位在与该全景光学照相机装置的二次曲面反射器的圆形横截面大致平行的平面内。非折射反射镜的中心基本上位于该二次曲面反射器的孔径的正上方，反射镜所凹在的腔壁包括吸收杂散光的高吸收材料，杂散光是从二次曲面反射器和反射镜反射的光，但不是一被反射镜首次反射就被引导传输穿过孔径的光，通过腔壁吸收杂散光可以最小化光束从反射镜二次反射出去穿过该孔径。该光学组件还包括具有圆形横截面的透明外壳，垂悬罩的最顶部固定在该透明外壳的最顶部；透明外壳的最底部可固定到支撑该二次曲面反射器的结构上，当固定到该结构时，该透明外壳的内部体积包括二次曲面反射器和该反射镜。

附图说明

图1A示出本发明一实施例公开的全景光学装置的结构示意图；

图1B示出本发明一实施例公开的全景光学装置的二次曲面反射器和全平反射镜的角度和位置示意图；

图1C示出本发明一实施例公开的全景光学装置的最顶部结构示意图；

图1D示出本发明一实施例公开的全景光学装置的最顶部的内部视图。

图1E示出本发明一实施例公开的全景光学装置的最顶部的另一结构示意图；

图1F和G示出本发明一实施例公开的全平反射镜的平视图和侧视图；

图1H，1I，1J，1K，1L和1M示出本发明一实施例公开的全景光学装置的光线反射图；

图2A示出本发明一实施例公开的具有垂悬罩的全景光学装置的结构示意图；

图2B示出本发明一实施例公开的全景光学装置的一组光学组件的结构示意图；

图3示出本发明一实施例公开的在不同角度从二次曲面反射器反射出去的光的光线轨迹图；

图4示出本发明一实施例中，在不同角度被垂悬罩遮挡的环境光线的轨迹图；

图5示出本发明一实施例中，用于将垂悬罩连接至全景光学装置上的一组实施例和垂悬罩的示例性结构；

图6示出本发明一实施例公开的用于单次全景照相机的流程图。

附图标记说明：110-全景光学装置，111-圆柱形垂悬罩，112-基部，113-透明侧边，114-全平反射镜，116-二次曲面反射器，118-孔径，150、152、154-光线，232-垂悬罩，210-间隔圈，220-二次曲面反射器，222-孔径，230-反射镜，240-光学组件，250-图像传感器，255-连接器，272-孔径光阑，274-元件A，276-元件B，278-元件C，280-元件D，282-元件E，284-元件F，286-滤波器，288-视场致平器，290-传感器；

312-光线，320-二次曲面反射器，322-孔径光阑，330-反射镜，340-光学组件，350-传感器，422、430-环境光，424、432-垂悬罩，440-间隔圈；

510、540-实施例，512-垂悬罩，514-基部，516-连接区域，520-二次曲面反射器，542-反射镜，544-悬臂梁，550-圆锥横截面，554、556-角，558-距离，560-深度，552、557、562、564-尺寸，570-腔；

605-对图像拍摄装置供电并将其激活，610-环境光在360水平视场内击中二次曲面反射器，615-环境光反射进入图像拍摄装置的反射镜，620-从反射镜反射出的光进入二次曲面反射器的孔径，625-光线穿过孔径到达限制光束穿过的孔径光阑，630-光束穿过用于减少光束发散的凸面元件，635-光束穿过第一个双胶合透镜，640-光束穿过第二个双胶合透镜，645-光束穿过凸面元件以增加光束的汇聚，650-光束穿过用于阻止不需要的波长的滤波器，655-光束穿过用于校正二次曲面反射器内的虚像中的极端场曲率的视场致平器以使得图像位于基本上是平坦的焦平面上，660-光学传感器将由于光被聚焦在光学传感器的光感表面上所形成的光学图像转变成电信号，665-电信号被传送至用于存储和/或进一步处理的存储器中。

具体实施方式

本发明是一种利用全平反射镜以引导离开二次曲面表面（例如，抛物线，双曲线，或者椭圆反射表面）的反射穿过二次曲面表面的顶端的孔径的解决方案。所述全平反射镜被定位平行于二次曲面表面的圆形横截面，所述全平反射镜定位在腔内。在一个实施例中，所述全平反射镜具有基本上圆形的形状，如全平反射镜凹在其内的腔一样。该腔壁可以是黑色的或者涂敷了任意的光吸收材料以吸收杂散光，对杂散光的吸收确保二次反射（从全平反射镜反射两次或多次）不被位于孔径相对侧的传感器接收。所述全平反射镜可以是高抛光的，基本上是平面，反射表面（例如，在一个实施例中是高抛光的不锈钢表面）；所述全平反射镜可没有玻璃表面以减小折射。

所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为***、方法或计算机程序产品。因此，本发明可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件（包括固件、驻留软件、微代码等），还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“***”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合，计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质；计算机可读存储介质例如可以是，但不限于，电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码，这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合，可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明各个方面的操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

下面将参照本发明实施例的方法、装置（***）和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。

这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，这些计算机程序指令通过计算机或其它可编程数据处理装置执行，产生了实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。

也可以把这些计算机程序指令存储在能使得计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读介质中，这样，存储在计算机可读介质中的指令就产生出一个包括实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的指令的制造品。

也可以把计算机程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令能够提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。

应该理解的是，本发明提出了一种与全景光学照相机相关的新颖的限制，该限制可包括当环境包括诸如能够将额外的光反射至光学组件的反射镜和窗户等的物体时可发生图像条纹。在这些情况下，不能利用软件校正，需要一种新的方法来改善图像的捕获，该新的方法体现在这里所公开的全景光学装置的全平反射镜，垂悬罩（例如，以及相关的元件）内。

图1A示出根据本公开的实施例的具有圆柱形的垂悬罩111和基部112的全景光学装置。该垂悬罩由环境光可穿过的透明侧边113支撑，光线从二次曲面反射器116反射出至全平反射镜114，全平反射镜114将光线反射穿过二次曲面反射器116的孔径，孔径的相对侧包括光学传感器，光学传感器将从二次曲面反射器116和全平反射镜114反射的光转变成电子信息。

如图1B中所示，全平反射镜114的中心位于孔径118的正上方，并且全平反射镜114与二次曲面反射器116的圆形横截面基本上平行，这允许光线以围绕全景光学装置110大约360度弧的基本上均匀的方式被捕获和反射。指出不同，不考虑旋转角度（在该旋转角度处观察二次曲面反射器116和全平反射镜114的关系），在全平反射镜114的中心的另一侧存在基本上相同的距离（例如，在图1B中表示为d），全平反射镜114的中心也以孔径118的中心为中心。此外，从穿过二次曲面反射器116和全平反射镜的中心的中心线到二次曲面反射器横截面平面存在基本上为90度的角。在图1B的上下文中（关于90度角和中心距离“d”）基本上指的是在常见的制造公差范围内。这些公差可以基于使用情况发生改变，诸如需要非常精确的+/-.001%，在更加灵活的公差范围内，在不太精确的实现上，诸如在+/-1%之内，或者在两者之间的任何公差范围内。

图1H示出假设了用于示出的实施例的二次曲面反射器和反射镜位置的角度的最佳光路。光线150（在为装置所定义的垂直弧度范围内）基本上未受阻挡的到达二次曲面反射器116，被全平反射镜114反射并穿过孔径。同时，如图1I中所示，在被全平反射镜114反射后没有穿过孔径118偏离中心的光线152是杂散光，全平反射镜114定位在具有光吸收内壁的腔内。因此，如图1I中所示，该杂散光被吸收。

这种利用全平反射镜定位在其内的腔的侧壁对杂散光进行吸收是一种重要的光学特征，其阻止二次曲面反射器116和全平反射镜114（或者反射器116，反射镜，透明罩的内侧）之间的多次反射穿过孔径118。理想地，仅有穿过反射器的由图像传感器处理的光被全平反射镜114反射出去一次，且仅一次，“二次”，“三次”或更多次的反射将会导致光学噪声。所述全平反射镜114位于其内的腔的期望的深度和尺寸取决于整个***的光学特性。在一个实施例中，可将腔的壁设计为吸收至少80%的杂散光；在另一个实施例中，可将壁设计为吸收从全平反射镜114发射出去的杂散光的90%。

图1J示出垂悬罩太低的情况，因为垂悬罩遮挡了光线154的光路，否则光线154可适当地从全平反射镜（一次）反射穿过孔径118，该垂悬罩的尺寸取决于所定义的捕获的垂直的角度，因此而设计光学装置。例如，如果该装置垂直地捕获130度和负15度之间的图像，那么，这些角度的路径必须不被垂悬罩遮挡。

图1K示出当全平反射镜位于其中的腔太深时所存在的问题，应该从全平反射镜反射穿过孔径的所期望的光被侧壁吸收。图1L示出当腔不够深时存在的问题，在这种情况下，杂散反射没有被全平反射镜位于其中的腔的内侧壁所吸收，结果，光从透明侧边反弹至二次曲面反射器，被二次曲面反射器反射至全平反射镜，又被全平反射镜反射出去并穿过孔径。这种光（如所示出的）是不期望有的，并在进入孔径之前被全平反射镜反射了两次。图1M表示腔太浅的情况，其中二次曲面反射器和全平反射镜之间存在多次反射（侧壁没有反射），在孔径118具有小尺寸的实施例中，这些反射对于光击中二次曲面反射器的最顶部表面而言是多余的，这些杂散反射可通过将全平反射镜凹在腔内并在腔壁处吸收偏离全平反射镜反射的中心的反射（如图1H所示）而被最小化。

回到图1C，在一个实施例中，全景光学装置110的上部可移动的/可复制的。该上部包括圆柱形垂悬罩111以及全平反射镜114，但不包括二次曲面反射器。图1C中示出的上部可被拧到基部上或者其他安全连接；图1C的布局是有利的，因为光学组件，诸如容纳在基部和二次曲面反射器116中的光学组件被保护，万一外壳表面（透明侧边）被损坏或者刮伤，可在不改变下部的情况下将上部更换，这可以延长全景光学装置的预期的使用年限；在另一个实施例中，全平反射镜114可以从最上部抽出并被再次使用，万一全景光学装置110的上部需要被更换时，这样可进一步最小化成本。

图1D示出最上部的内部视图，尤其示出垂悬罩和凹在腔内的全平反射镜，垂悬罩表面和/或内腔壁可以是高吸收的，从而吸收杂散反射。

图1E示出全景光学装置110的上部的垂悬罩的形状的可选择的实施例。该形状不必是圆锥形的，但可以是可以适当地定位全平反射镜114的任意形状，它不会遮挡光路，并且吸收以不有利的角度入射的杂散光。

图1F示出全平反射镜的平面图，图1G示出全平反射镜的侧视图。在一个实施例中，全平反射镜可以精确地被构造以使得它能够不对光线产生任何折射的反射光线。例如，全平反射镜可以是高抛光的反射表面，诸如不锈钢。在实施例中，不使用金属支撑的玻璃，因为玻璃的存在会产生折射，因此，全平反射镜是高反射的，没有折射的反射表面，全平反射镜的制作必须是精确和精密的，如必需要对镜子抛光，这确保因为它的使用而导致的光学歪曲不存在/最小。

全平反射镜的使用有效地将二次曲面反射器220的二次曲面形状“折叠”在平整的表面上，也就是说，折叠到平整的表面上是二次曲面反射器上方的180度，这种布局允许光学组件被封闭在二次曲面反射器的体积区域内。全景光学装置110的整个下部保持很小；而且，不必在照相机图像传感器之上定位倒置的双曲面/半球形元件（这对于其他应用是很常见的），因为有效的弯曲部分被折叠到全平反射镜内，反射镜凹在其内的腔除了吸收杂散反射，还用于保护全平反射镜，确保抛光能被再售，以及反射镜的表面不被刮伤。

参考图2A，示出全景光学装置并根据本公开的实施例进行描述。全景光学装置包括垂悬罩232，二次全面反射器220，反射镜230，以及间隔圈210，光线从其中穿过，所述二次曲面反射器220包括位于它的顶端的孔或孔径222。所述反射镜230的腔被视作有角度的，这是一个预想的实施例，用于腔的角度（若有的话）必须始终允许杂散反射能击中腔的侧壁以被吸收。

在一个实施例中，包含在全景光学装置的底部的一组元件包括光学组件240和电连接至连接器255的图像传感器250。所述光学组件240引导从反射镜230反射出的光以击中图像传感器250；所述光学组件还可过滤不需要的光波长，校正否则会造成不同颜色聚焦在不同平面和位置处的色差，和/或确保光学图像基本上位于平坦的焦平面上，尽管存在二次曲面反射器220带来的失真。

在另一个实施例中，该组元件可包括光发射器，诸如微型投影仪芯片组或者一组不同颜色发光二极管（LEDs），这样允许该全景光学装置成为光/图像投影仪而不是图像拍摄装置。

垂悬罩232可被利用以限制和/或减小环境光进入孔径222所发生的二次反射，在一个实施例中，垂悬罩232的材料可包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA,或者丙烯酸），热塑性聚合物等。

所述二次曲面反射器220是反射的圆锥表面，其可以是抛物线，双曲线，或者半球形表面，或者椭圆形表面，更具体地，这里所使用的二次曲面反射器220是从宽底部到顶端逐渐变细的非退化实二次曲面，其中孔径222定位在顶端。

所述图像传感器250是将光学图像转变成电信号的元件，各种图像传感器技术可用于图像传感器250，这些图像传感器技术包括，但不限于，半导体电荷耦合装置（CCD），互补金属氧化物半导体（CMOS）中的有源像素传感器，以及N-型金属氧化物半导体（NMOS，有源MOS）技术。

在实施例中，图像传感器250被替换为微型投影仪（也称作口袋投影仪，手持投影仪或者迷你投影仪）时，可以利用各种技术，包括，但不限于，数字光处理（DLP），MICROVISION的波束控制，以及LCoS（硅基液晶）为主的技术。

在一个实施例中，光学组件240的正性元件可以由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA,或者丙烯酸），其他透明热塑性塑料，或者其他合适的物质构成。光学组件240的另外的元件可以由聚碳酸酯，其他热塑性塑料聚合物，或者其他合适的物质构成，这些元件提供结构支撑，但不直接聚焦和引导光束。

图2B示出根据本公开的实施例的位于孔径光阑272和传感器290之间的光学元件。在图2B中，孔径光阑272限制穿过光学元件的光束，元件A274捕获穿过孔径光阑的光线并减少光线扩散，在一个实施例中，可以由元件B276和元件C278形成双胶合透镜；元件D280和元件E282产生会聚光束并校正色差，否则色差会造成不同颜色聚焦在不同的平面和位置；元件F284加强光的会聚；平面滤波器286可用于阻止红外，紫色和紫外辐射，在一些实施例中，过滤的波长可使图像模糊并产生演色性误差；视场致平器288校正二次曲面反射器220内的虚像中的极端场曲率。视场致平器288使得发送至传感器290的图像位于焦平面上。在所有实施例中，并不是所有的元件272-288是必需的，并且在本发明的不同的设想的实施例中还可以包括更多的元件（未示出）。

图3示出根据本公开的实施例的在不同角度从二次曲面反射器320反射出去的光的光线312的轨迹图。反射的光击中反射镜330，并射向孔径光阑322，从这里，光由光学组件340引导从而击中传感器350。

所示的角度相对于水平面的，应该理解的是大多数单次照相机都不能够处理水平面以下的角度，诸如负15度。二次曲面反射器320相对于反射镜330和孔径光阑322的定位导致高保真的垂直视场比利用传统的技术可能获得的大得多。

离开反射镜330的反射导致不同角度的光击中孔径光阑322，光学组件340对光束进行聚焦和过滤以击中传感器350。从设计的视角看，传感器350的感光是与光学组件340配对的，以最大化图像的保真度（能够通过传感器350读到），同时最小化光学组件340的成本，因为必要的精度和容差，光学元件的费用相当高，以这种方式，可利用4K图像传感器（350）与该全景光学装置一起以产生1080线或更高的高清视频（HDV）。

不同于传统的单次装置，光学组件340和传感器350被保护在二次曲面反射器320的弯曲部分内，这导致紧凑的形状，这比可选择的技术更容易保护感光元件。

图4示出根据本公开的实施例，环境光430，422在不同角度被垂悬罩432，424遮挡的轨迹图。

环境光430可穿过透明间隔圈440，并可被垂悬罩部分432吸收，也就是说，环境光430可由间隔圈440折射，导致光路基本上相切于二次曲面反射器传输，并击中垂悬罩部分432。在一个例子中，垂悬罩部分432可包括一个或多个能够吸收环境光430的凹槽，在该例子中，可基于光谱，入射光的角度等对凹槽特征进行优化以最大化光的吸收。

环境光422可穿过透明间隔圈440，并可被垂悬罩部分424吸收，也就是说，环境光422可由间隔圈440折射，导致光路基本上相切于二次曲面反射器传输，并击中垂悬罩部分424。在一个例子中，垂悬罩部分424可包括一个或多个能够吸收环境光422的凹槽，在该例子中，可基于光谱，入射光的角度等对凹槽特征进行优化以最大化光的吸收。

图5示出根据本公开的实施例的一组用于将垂悬罩连接至全景光学装置的实施例，以及垂悬罩的示例性结构。

在实施例510中，垂悬罩512可摩擦安装到全景光学装置的基部。在这个实施例中，透明的间隔圈的底部可固定地安装在基部514的突出的壁上。例如，垂悬罩512可以与基部514的边缘（例如，连接区域516）紧密配合，应该理解的是，可利用一个或多个附加的和/或专门的连接机构将垂悬罩512安装到基部514上，连接机构可包括，但不限于，卡扣/锁定机构，基于螺钉的连接结构等。

在实施例540中，垂悬罩512可包括对应尺寸552、550的圆锥横截面（例如，腔570）和在角556处具有尺寸557的悬臂梁544。在一个例子中，反射镜542可基于最优深度560凹在腔570内；在该例子的一个结构中，深度560可包括可使反射镜542凹进去的圆柱形部分，用于最优光反射到二次曲面反射器520的孔径内；所述腔570可通过角554定义，其可被利用以控制环境光的吸收，也就是说，角554可被调整以确保不影响从反射镜542或二次曲面反射器520反射的光的情况下最优光吸收。

在一个例子中，悬臂梁544可通过角556和长度557定义，其可大致与倒置的锥形金字塔一致。在一个实施例中，垂悬罩512可定位在距离二次曲面反射器520距离558处以允许合适的环境光吸收。

垂悬罩544可包括凹的圆柱形区域，其可以由尺寸562，564定义。例如，垂悬罩544可包括位于罩的上边的外部的凹部。

这里所示出的附图仅用于说明的目的，在任何方面都不应该解释为对本发明的限制。应该理解的是，垂悬罩512可包括能被利用以吸收环境光从而消除二次反射的附加的部件。

图6示出根据本公开的实施例的单次全景照相机的流程图。过程从步骤605开始，其中对图像拍摄装置供电并将其激活；在步骤610中，环境光在360水平视场（FOV）范围内击中二次曲面反射器，因而，围绕光学装置的场景在该360视场内同时被拍摄到，垂直视场取决于结构，但是在一个实施例中垂直视场包括负15度和正45度之间的角度；在步骤615中，环境光从二次曲面反射器反射至单次全景照相机的反射镜，在一个实施例中，该反射镜可直接定为在二次曲面反射器的孔径之上，该反射镜基本上是平的（在+/-5％内是平的），该反射镜可以发生反射但不发生折射；在步骤618中，由反射镜反射的偏离光（不指向孔径）由该反射镜凹在其内的腔的腔壁吸收；在步骤620中，从反射镜反射出的光可进入该二次曲面反射器的孔径。

在本发明的实施中，一组光学组件可位于孔径的相反侧，在本发明的每一个设想的结构中，所描述的光学组件不是必需的，并且在本发明所设想的结构中还可包括另外的元件。在步骤625中，光线可穿过孔径到达用于限制光束穿过的孔径光阑；在步骤630中，光束可穿过用于减少光束发散的凸面元件；在步骤635中，光束穿过第一个双胶合透镜以在步骤640中穿过第二个双胶合透镜，这些双合透镜可以是成对的以减小光束的发散，从而增加汇聚（例如，参见图2中的元件276、278、280和282）；可设想其他的实施例，其利用单一的双合透镜，或者利用多个成对的双合透镜（多于2个）；在步骤650中，光束穿过用于阻止不需要的波长的滤波器，例如，在本发明的一些实施例中，因为红外线和紫外线会总造成图像模糊，并产生演色性误差，所以是不需要的。

在步骤655中，光束穿过用于校正因为二次曲面反射器的圆锥形状所造成的虚像中的极端场曲率的视场致平器，这使得图像位于基本上是平坦的（在+/-10%内是平的）焦平面上；在步骤660中，光学传感器将由于光被聚焦在光学传感器的光感表面上所形成的光学图像转变成电信号；在步骤665中，电信号可被传送至用于存储和/或进一步处理的存储器中。例如，在一个实施例中，原始图像被存储至非暂时的存储器中，该图像可由全景投影仪投影，原始图像可以通过计算机设备进行后续处理。在另一种实现方式中，可利用多种信号处理技术对电信号进行数字处理，并将后处理存储至非暂时存储器和/或作为全景场景直观地显示在屏幕上。

相应地，本发明的实施例在这里提供了消除没有成角度的从反射镜反射出去穿过孔径的杂散反射的优点，这些杂散反射否则会增加所捕获的图像的噪音，该杂散反射通过反射镜位于其内的腔的内部侧壁吸收来消除。全平反射镜的反射问题在现有技术的上下文中是不知道存在的，因为解决方案和问题是由所公开的方法所产生的独特的光学关系的一部分，当被视作一个***（参见图1L-1M）时，反射镜***到腔内的准确的深度取决于全景装置的光学特性。在一个实施例中，当将反射器的弯曲部分精确地折叠到平面反射镜上时，该平面反射镜可以凹进去直到所折叠的弯曲部分被该凹陷阻挡或这挡住，进一步的凹陷会导致所期望的反射（一级反射）被遮挡。

在前面的说明书中，已描述了特定实施例。然而，本领域技术人员将理解的是，在不背离如在所附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应看作是说明性而非限制性的，以及所有这样的修改意在被包括在本教导的范围内。

益处、优势、对问题的解决方案、以及可以促使任何益处、优势或解决方案产生或变得更显着的任何元素不应被解释为任何或所有权利要求的关键性的、必须的或必要的特征或元素。本发明由所附权利要求书，包括在本申请的未决期间进行的任何修改以及所发布的那些权利要求的所有等价物唯一地限定。

此外，在本文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等的关系词语仅可被用来对一个实体或动作与另一个实体或动作进行区分，而并不必然在这样的实体或动作之间要求或暗示任何实际这样的关系或顺序。词语“包括”、“包含”、“具有”或其任何其它变体意在覆盖非排他性的包括，使得包括、具有、包括、包含元素列表的过程、方法、物品或装置不仅包括那些元素，而且可以包括没有明确列出或对这样的过程、方法、物品或装置是固有的其它元素。在没有更多约束的情况下，由“包括……一个”、“具有……一个”、“包含……一个”展开的元素不排除在包括、具有、包含该元素的过程、方法、物品或装置中存在额外的相同元素。除非在此另外明确说明，词语“一”被定义为一个或多个；词语“大体上”、“本质上”、“近似地”、“大约”或其任何其它说法被定义为接近如本领域技术人员所理解的含义，以及在一个非限制实施例中，该词语被定义为是在10%内，在另一个实施例中，在5%内，在另一个实施例中，在1%内以及在另一个实施例中，在0.5%内。如在此所使用的词语“被耦接”被定义为被连接，尽管不必直接并且不必机械地以某种方式“配置”的设备或结构至少以该方式来配置，但是还可以以未列出的方式来配置。

将理解的是，一些实施例可以由以下组成：一个或多个通用或专用处理器（或“处理设备”），诸如微处理器、数字信号处理器、定制处理器和现场可编程门阵列（FPGA）；以及控制该一个或多个处理器结合某些非处理器电路来实施在此描述的方法和/或装置的功能中的部分、大部分或全部的特有存储的程序指令（包括软件和固件两者）。替选地，部分或所有功能可以由没有已存储的程序指令的状态机、或以其中每一个功能或某些功能的一些组合被实施为定制逻辑的一个或多个专用集成电路（ASIC）来实施。当然，可以使用两种方法的组合。

此外，实施例可以被实施为在其上存储有计算机可读代码的计算机可读存储介质，所述计算机可读代码用于对计算机（例如，包括处理器）编程以执行如在此描述和主张的方法。这样的计算机可读存储介质的示例包括但不限于硬盘、CD-ROM、光存储设备、磁存储设备、ROM（只读存储器）、PROM（可编程只读存储器）、EPROM（可擦除可编程只读存储器）、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）和闪存。此外，可以预期本领域的技术人员虽然可能进行由于例如可用时间、当前技术和经济方面的考虑所激发的重大努力和许多设计选择，但当受到本文所公开的概念和原理的引导时，将容易地能够以最少的实验来生成此类软件指令以及程序和IC。

提供本发明的摘要是为了使阅读者快速弄清技术公开的性质。其基于以下的理解而被提交，即：其将不被用来解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前面的具体实施方式中，可以看到的是，为了简化本发明的目的，在各种实施例中将多种特征集中在一起。本发明的方法不应被解释为反映所主张的实施例需要比在每一个权利要求中明确陈述的更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映的，有创造性的主题在于少于单个公开的实施例的所有特征。因此，所附权利要求特此并入具体实施方式，每一个权利要求依赖其自身作为独立主张的主题。

Claims (20)

1.一种全景光学装置，其特征在于包括：

具有圆锥形状的反射器，其从宽基部到顶端逐渐变细，所述顶端包括孔径；

位于所述全景光学装置的垂悬罩的腔内的反射镜，所述反射镜被定位在与所述反射器的圆形横截面基本上平行的平面内，所述反射镜的中心基本上位于所述孔径的正上方，所述反射镜被定位于其内的所述腔壁包括吸收杂散光的吸收材料，所述杂散光是从所述反射器和所述反射镜反射的，不是一被反射镜首次反射就被引导传输穿过孔径的光，其通过所述腔壁对所述杂散光进行吸收最小化从所述反射镜二次反射出去的光束穿过所述孔径；以及

被至少部分的定位在所述反射器的体积区域内的一个或多个光学组件的组合，所述一个或多个光学组件的组合对穿过所述孔径的光进行聚焦。

2.根据权利要求1所述的全景光学装置，其特征在于，所述反射镜是缺失玻璃表面的非折射镜。

3.根据权利要求1所述的全景光学装置，其特征在于，所述反射镜具有圆形，平面的，抛光的金属表面。

4.根据权利要求1所述的全景光学装置，其特征在于，所述反射镜使所述反射器的形状在所述孔径之上光学地折叠180度。

5.根据权利要求1所述的全景光学装置，其特征在于，所述腔壁吸收至少80%所述杂散光。

6.根据权利要求1所述的全景光学装置，其特征在于，当反射的光没有被所述腔壁吸收时，至少1%的所述杂散光将被双反射穿过所述孔径。

7.一种全景光学装置，其特征在于包括：

具有圆锥形状的反射器，其从宽基部到顶端逐渐变细，所述顶端包括孔径；以及

位于所述全景光学装置的垂悬罩的腔内的反射镜，所述反射镜被定位在与所述反射器的圆形横截面基本上平行的平面内，所述反射镜的中心基本上位于所述孔径的正上方，所述反射镜被定位于其内的所述腔壁包括吸收杂散光的吸收材料，所述杂散光是从所述反射器和所述反射镜反射的，不是一被反射镜首次反射就被引导传输穿过孔径的光，其通过所述腔壁对所述杂散光进行吸收最小化从所述反射镜二次反射出去的光束穿过所述孔径。

8.根据权利要求7所述的全景光学装置，其特征在于，具有所述反射器的所述全景光学装置具有360度的水平视场和包括负15度至正45度的垂直视场。

9.根据权利要求7所述的全景光学装置，其特征在于，该全景光学装置还包括：

围绕所述反射器和所述反射镜的透明的间隔圈，其中所述透明的间隔圈在远离所述孔径和所述反射器的的距离处将所述反射镜支撑在基本上平行于所述横截面的位置上，以确保从所述反射器反射出去至所述反射镜以及随后从所述反射镜反射出去的反射被引导穿过所述孔径。

10.根据权利要求7所述的全景光学装置，其特征在于，该全景光学装置还包括：

用于将光学图像转变成电子信号的图像传感器，所述光学图像是由被所述反射器反射至所述反射镜，被所述反射镜反射出去穿过所述孔径，被所述图像传感器接收的光形成的。

11.根据权利要求10所述的全景光学装置，其特征在于，所述全景光学装置是具有360度水平视场和包括负15度至正45度的垂直视场的单次全景照相机，所述图像传感器是4K或更高的传感器，所述单次全景照相机捕获至少1080-线高清视频标准的全运动视频。

12.根据权利要求7所述的全景光学装置，其特征在于，所述反射镜是缺失玻璃表面的非折射镜，所述反射镜具有圆形，平面的，抛光的金属表面。

13.根据权利要求7所述的全景光学装置，其特征在于，所述反射镜使所述反射器的形状在所述孔径之上光学地折叠180度。

14.根据权利要求7所述的全景光学装置，其特征在于，所述腔壁吸收至少80%所述杂散光。

15.根据权利要求7所述的全景光学装置，其特征在于，当反射的光没有被所述腔壁吸收时，至少1%的所述杂散光将被双反射穿过所述孔径。

16.一种全景照相机光学组件，其特征在于包括：

位于在全景照相机的垂悬罩的腔内的反射镜，所述反射镜被定位在与所述反射器的圆形横截面基本上平行的平面内，反射镜的中心基本上位于所述孔径的正上方，所述反射镜被定位于其内的所述腔壁包括吸收杂散光的吸收材料，所述杂散光是从所述反射器和所述反射镜反射的，不是一被反射镜首次反射就被引导传输穿过孔径的光，其通过所述腔壁对所述杂散光进行吸收最小化从所述反射镜二次反射出去的光束穿过所述孔径；以及

具有圆形横截面的透明外壳，所述垂悬罩的最顶部固定到所述透明外壳的最顶部，所述透明外壳的最底部可固定到支撑所述反射器的结构上，当固定到所述结构上时，所述透明外壳的内部体积包括所述反射器和所述反射镜。

17.根据权利要求16所述的全景照相机光学组件，其特征在于，所述反射镜使所述反射器的形状在所述孔径之上光学地折叠180度。

18.根据权利要求16所述的全景照相机光学组件，其特征在于，所述腔壁吸收至少80%所述杂散光。

19.根据权利要求16所述的全景照相机光学组件，其特征在于，所述反射镜是缺失玻璃表面的非折射镜，所述反射镜具有圆形，平面的，抛光的金属表面。

20.根据权利要求16所述的全景照相机光学组件，其特征在于还包括：

具有基本上是圆锥形状的悬梁壁的垂悬罩，所述圆锥形状从最顶部的宽基部到较窄的中心逐渐变细，所述悬臂梁的基本上从最顶部到所述较窄的中心部分的圆锥形状的圆形横截面具有大致逐渐缩小的圆形横截面，在至少所述最顶部和所述较窄的中心部分之间的垂悬罩的外部变细的表面是由光吸收材料形成或涂敷光吸收材料。