CN104007535B - 一种新型的超广角镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的超广角镜头，一种新型的超广角镜头，包括有镜头外壳，所述镜头外壳内从物方到像方依次排列的光学玻璃包括：第一透镜，其具有负光焦度的草帽型透镜；第二透镜，其具有负光焦度的双凹透镜或平凹透镜；第三透镜，其具有正光焦度的弯月形透镜或双凸型透镜；第四透镜，其具有正光焦度的弯月形透镜或双凸型透镜；光阑元件，第五透镜，其具有正光焦度的弯月形透镜或双凸型透镜；第六透镜，其具有正光焦度的双凸面透镜；第七透镜，其具有负光焦度的弯月形透镜；第八透镜，其具有正光焦度的双凸型透镜；所述第八透镜光连接有滤色片；所述镜头导入的可见光波段与近红外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
Description
[技术领域]
本发明涉及一种新型的超广角镜头。
[背景技术]
随着今年安防监控市场的迅速崛起、数码处理及网络传输速度的优化提升，对安防监控镜头的品质要求大大提高，从普通的监视需求到高清的鉴别，对镜头的要求也越来越高。
目前安防监控镜头一般采用4片至8片镜片组成，但是这种镜头视角范围最多为150度而且白天、夜晚焦点位置存在位移差异，工作距离较短，受到环境中高温、低温、湿度等限制，不能满足客户要求小尺寸和高性能的要求。
为此，企业开发镜头采用塑料非球面技术，以减轻重量、成本和减小变形量，但其通光性能较弱，空气中的工作距离BFL也较短，且温度补偿特性不佳，无法满足在-60℃～+80℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。
[发明内容]
本发明克服了上述技术的不足，提供了一种新型的超广角镜头，通过8片玻璃镜片组成的光学结构，解决了可见光、近红外光焦面漂移以及外界环境温度变化对镜头冲击影响补偿的技术难题，实现了180度以上超广角鱼眼成像，光圈值在F1.6以上的大相对孔径，百万像素以上的高分辨率、较长的后工作距离以及小型化等优点。
为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种新型的超广角镜头，包括有镜头外壳，所述镜头外壳内从物方到像方依次排列的光学玻璃包括：
第一透镜1，其是具有负光焦度的透镜，并且朝向物面的一面为凸面透镜，朝向像面的一面为凹面透镜；
第二透镜2，其是具有负光焦度的透镜，所述第二透镜2与第一透镜1光连接的一面r3为凹面透镜，所述第二透镜2与第三透镜3光连接的一面r4为凹面透镜；
第三透镜3，其是具有正光焦度的透镜，并且所述第三透镜3与第二透镜2光连接的一面r5为凹面透镜，所述第三透镜3另一面r6为凸面透镜；
第四透镜4，其是具有正光焦度的双凸型透镜；
光阑元件5，第五透镜6，其是具有正光焦度的透镜，所述第五透镜6与光阑元件5光连接的一面r9为凹面透镜，所述第五透镜6另一面r10为凸面透镜；第六透镜7，其具有正光焦度的双凸面透镜；
第七透镜8，其是具有负光焦度的弯月形透镜；
第八透镜9，其是具有正光焦度的双凸型透镜；
所述第八透镜8光连接有滤色片10；
所述镜头导入的可见光波段与近红外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
所述第一透镜1的折射率nd1≥1.8，阿贝数vd1≥40。
所述第二透镜2的折射率nd2≥1.8，阿贝数vd2≥40，所述第二透镜2与第一透镜1光连接的一面r3为凹面透镜，所述第二透镜2与第三透镜3光连接的一面r4为凹面透镜。
所述第三透镜3的折射率nd3≥1.8，阿贝数vd3≤26，所述第三透镜3为厚透镜。
所述第四透镜4的折射率nd4≥1.8，阿贝数vd4≤26。
所述第六透镜7朝像面r12与所述第七透镜8朝物面r13进行粘合连接，所述第六透镜7与第五透镜6光连接的一面r11为凸面透镜，所述第七透镜8与第八透镜9光连接的一面r14为凸面透镜，所述第七透镜8的折射率nd7与第六透镜7的折射率nd6，两者之间的差值范围为nd7-nd6≥0.2，所述第六透镜7的阿贝数vd6与第七透镜8的阿贝数vd7，两者之间的差值范围为vd6-vd7≥35。
所述排列在光阑元件5前的镜片数量与排列在光阑元件5后的镜片数量相同。
所述第五透镜6的朝像面r10至成像面IMX的距离为BFL，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9组合的焦距值为EFL，两者之间的比值范围为4≥BFL/EFL≥2.5，所述镜头半像高H与焦距值EFL的比值范围为H/EFL＞1.85，所述镜头的全市场角FOV的取值范围为FOV＞180°
所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4组合焦距ff与第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9组合焦距fb比值范围为-2.6≤ff/fb≤-2。
所述镜头物方和像方对应像点相对于视场角的对应关系为非线性分散函数，非线性分散函数偏离对应线型关系分散函数最大差异量在±10％内，当镜头视场角为水平150度时，光学畸变小于65％。
本发明的有益效果是：
1、本发明的镜头视场角超过180°，具有小于常规镜头畸变量的360全景高清成像的视角范围。
2、本发明的镜片全部采用高性能的玻璃材质，同时在设计阶段采用合理玻璃组合实现温度冲击对成像质量影响的补偿，保证镜头在高低温-60℃到80℃环境下都能具备优良的性能。
3、本发明的镜头光谱透过率特性对可见光F,d,C(486nm,588nm,685nm)和近红外光谱(850nm)均有优良的透过性且进行了像差、色差校正实现可见光和近红外光波段在同一焦面上聚焦，解决了近红外光波段成像的焦面漂移问题。
4、本发明的成本低廉、重量轻、尺寸小、高解像、长工作距离、宽工作温度范围的工作距离长、结构紧凑的优良性能，合理的光学结构，进行合理的光焦度分配，保证了产品具有较好的可加工性。
[附图说明]
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明可见光部分的轴向色差曲线图
图3为本发明红外光部分的轴向色差曲线图
图4为本发明可见光部分的垂轴色差曲线图
图5为本发明红外光部分的垂轴色差曲线图
图6为本发明可见光部分的像散和畸变曲线图
图7为本发明红外光部分的像散和畸变曲线图
图8为本发明可见光部分的MTF曲线图
图9为本发明红外光部分的MTF曲线图
图10为本发明专利在模拟实际拍摄时畸变表现和普通镜头比较
[具体实施方式]
下面结合附图与本发明的实施方式作进一步详细的描述：
如图1所示，一种新型的超广角镜头，其特征在于：包括有镜头外壳，所述镜头外壳内从物方到像方依次排列的光学玻璃包括：
第一透镜1，其是具有负光焦度的透镜，并且朝向物面的一面为凸面透镜，朝向像面的一面为凹面透镜；
第二透镜2，其是具有负光焦度的透镜，所述第二透镜2与第一透镜1光连接的一面r3为凹面透镜，所述第二透镜2与第三透镜3光连接的一面r4为凹面透镜；
第三透镜3，其是具有正光焦度的透镜，并且所述第三透镜3与第二透镜2光连接的一面r5为凹面透镜，所述第三透镜3另一面r6为凸面透镜；
第四透镜4，其是具有正光焦度的双凸型透镜；
光阑元件5，第五透镜6，其是具有正光焦度的透镜，所述第五透镜6与光阑元件5光连接的一面r9为凹面透镜，所述第五透镜6另一面r10为凸面透镜；
第六透镜7，其是具有正光焦度的双凸面透镜；
第七透镜8，其是具有负光焦度的弯月形透镜；
第八透镜9，其是具有正光焦度的双凸型透镜；
所述第八透镜8光连接有滤色片10；
所述镜头导入的可见光波段与近红外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
所述第一透镜1为高折射率、低色散玻璃透镜，所述第一透镜1朝向面r1的一面为凸面透镜，所述第一透镜1与第二透镜2光连接的一面r2为凹面透镜，所述第一透镜1的折射率为nd1≥1.8，阿贝数为vd1≥40，第一透镜1朝向面r1的一面为凸面透镜，用于降低光学***畸变，畸变是物体和像失去相似性，对大视场镜头来说控制畸变非常重要。
所述第二透镜2为高折射率、低色散玻璃透镜，所述第二透镜2与第一透镜1光连接的一面r3为凹面透镜，所述第二透镜2与第三透镜3光连接的一面r4为凹面透镜，所述第二透镜2的折射率为nd2≥1.8，阿贝数vd2为≥40。
其中，第一透镜1和第二透镜2两者均为高折射率、低色散材料，能有效导入180°以上视场角以上的光线并减小第一个镜片的口径，以避免体积过大。
所述第三透镜3为高折射率高色散的玻璃透镜，所述第三透镜3与第二透镜2光连接的一面r5为凹面透镜，所述第三透镜3与第四透镜4光连接的一面r6为凸面透镜，所述第三透镜3的折射率nd3≥1.8，阿贝数vd3≤26。
所述第四透镜4为高折射率高色散的玻璃透镜，所述第四透镜4与第三透镜3光连接的一面r7为凸面透镜，所述第四透镜4与光阑元件5光连接的一面r8为凸面透镜，所述第四透镜4的折射率nd4≥1.8，阿贝数vd4≤26。
其中，第三透镜3和第四透镜4两者均为高折射率、高色散材料，能快速会聚第一透镜1和第二透镜2的导入光线，且高色散材料能有效补偿光学***中的色差值。
第三透镜3要有一定的厚度，可以减少大入射角度光线的场曲像差，如果第三透镜3过薄，匹兹万场曲和***的累积场曲将很难校正。当一个***存在场曲是，不可能得到一个整个像面都清晰的平面像，导致视场中间清晰或视场边缘清晰或视场中心清晰等问题，即中心和周边不同步。
所述第五透镜6为玻璃透镜，所述第五透镜6与光阑元件5光连接的一面r9为凹面透镜，所述第五透镜6与第六透镜7光连接的一面r10为凸面透镜。
所述第六透镜7朝像面r12与所述第七透镜8朝物面r13进行粘合连接组成正光焦度的结合透镜组，所述第六透镜7与第五透镜6光连接的一面r11为凸面透镜，所述第七透镜8与第八透镜9光连接的一面r14为凸面透镜，所述第七透镜8的折射率nd7与第六透镜7的折射率nd6，两者之间的差值范围为nd7-nd6≥0.2，所述第六透镜7的阿贝数vd6与第七透镜8的阿贝数vd7，两者之间的差值范围为vd6-vd7≥35。
所述第八透镜9为玻璃透镜，所述第八透镜9与第七透镜8光连接的一面r15为凸面镜，所述第八透镜9与滤色片10光连接的一面r16为凸面透镜。
其中，所述第五透镜6的朝像面r10至成像面IMX的距离BFL，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9组合的焦距值EFL，两者之间的比值范围为4≥BFL/EFL≥2.5，所述镜头半像高H与焦距值EFL的比值范围为H/EFL＞1.85，所述镜头的全市场角FOV的取值范围为FOV＞180°。
镜头以光阑元件4为界把镜头划分成前后两组，其中所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4组合焦距ff,所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4组合焦距ff与第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9组合焦距fb比值范围为-2.6≤ff/fb≤-2；限制了***必须具有相互补偿的正负光焦度组合。当ff/fb小于下限-2.6时，光学***总长会增大，不利于小型化结构紧凑的要求；当ff/fb大于上限-2时，***的视场角无法保证。
本发明镜头的光圈值可达到F1.6以上，实现大光圈高速捕捉成像信息；所述镜头物方和像方对应像点相对于视场角的对应关系为非线性分散函数，非线性分散函数偏离对应线型关系分散函数最大差异量在±10％内，当镜头视场角为水平150度时，光学畸变小于65％。
图2至图9为本发明应于实施案例的光学性能曲线图，其中
图2为可见光部分轴向色差曲线图也可叫球差曲线图，由常用的F、d、CF＝0.486um，d＝0.588um，C＝0.656um三色光的波长来表示，单位为毫米mm。
图3为红外光部分轴向色差曲线图也可叫球差曲线图，由常用的近红外光波W1＝0.83um，W2＝0.85um，W3＝0.87um三色光的波长来表示，单位为毫米mm。
图4为可见光部分垂轴色差曲线，由常用的F、d、C三色光的波长来表示，单位为微米um。
图5为红外光垂轴色差曲线，由常用的近红外三色光的波长来表示，单位为微米um。
图6为可见光部分像散和畸变曲线图，由常用的F、d、C三色光的波长来表示，单位为mm，畸变曲线图表示不同视场角情况下的畸变大小值，单位为％。
图7为红外光部分像散和畸变曲线图，由常用的近红外三色光的波长来表示，单位为mm，畸变曲线图表示不同视场角情况下的畸变大小值，单位为％。
图8为可见光部分MTF曲线图，代表了一个光学***的综合解像水平。由图可知，该光学镜头已将各种像差校正到一个较好的水平。
图9为红外光部分MTF曲线图，代表了一个光学***的综合解像水平。由图可知，该光学镜头已将各种像差校正到一个较好的水平。
图10为该实例和常规普通镜头畸变比较图片。
在本发明实施案例中，该光学镜头的整体焦距值为EFL，光圈值为FNO，视场角为FOV，镜头总长TTL，并由物方侧开始，将各个镜面依次编号，第一透镜1的镜面为r1、r2，第二透镜2的镜面为r3、r4，第三透镜3的镜面为r5、r6，第四透镜4的镜面为r7、r8，光阑元件5，第五透镜6的镜面为r9、r10，第六透镜7的镜面为r11、r12，第七透镜8的镜面为r13、r14，第八透镜9的镜面为r15、r16，滤色片10，均为球面玻璃结构。
本发明优选参数值表一
EFL＝1.5mm，FNO＝2.0，FOV＝185°，TTL＝21mm
Claims (9)
1.一种新型的超广角镜头，其特征在于：包括有镜头外壳，所述镜头外壳内从物方到像方依次排列的光学玻璃包括：
第一透镜(1)，其是具有负光焦度的透镜，并且朝向物面的一面为凸面透镜，朝向像面的一面为凹面透镜；
第二透镜(2)，其是具有负光焦度的透镜，所述第二透镜(2)与第一透镜(1)光连接的一面(r3)为凹面透镜，所述第二透镜(2)与第三透镜(3)光连接的一面(r4)为凹面透镜；
第三透镜(3)，其是具有正光焦度的透镜，并且所述第三透镜(3)与第二透镜(2)光连接的一面(r5)为凹面透镜，所述第三透镜(3)另一面(r6)为凸面透镜；
第四透镜(4)，其是具有正光焦度的双凸型透镜；
光阑元件(5)，第五透镜(6)，其是具有正光焦度的透镜，所述第五透镜(6)与光阑元件(5)光连接的一面(r9)为凹面透镜，所述第五透镜(6)另一面(r10)为凸面透镜；
第六透镜(7)，其是具有正光焦度的双凸面透镜；
第七透镜(8)，其是具有负光焦度的透镜，所述第六透镜(7)朝像面(r12)与所述第七透镜(8)朝物面(r13)进行粘合连接，所述第七透镜(8)与第八透镜(9)光连接的一面(r14)为凸面透镜，其朝着物方的一面为凹面透镜；
第八透镜(9)，其是具有正光焦度的双凸型透镜；
所述第八透镜(8)光连接有滤色片(10)；
所述镜头导入的可见光波段与近红外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
2.根据权利要求1所述的一种新型的超广角镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)的折射率nd1≥1.8，阿贝数vd1≥40。
3.根据权利要求1所述的一种新型的超广角镜头，其特征在于：所述第二透镜(2)的折射率nd2≥1.8，阿贝数vd2≥40。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种新型的超广角镜头，其特征在于：所述第三透镜(3)的折射率nd3≥1.8，阿贝数vd3≤26，所述第三透镜(3)为厚透镜。
5.根据权利要求1所述的一种新型的超广角镜头，其特征在于：所述第四透镜(4)的折射率nd4≥1.8，阿贝数vd4≤26。
6.根据权利要求1所述的一种新型的超广角镜头，其特征在于：所述第七透镜(8)的折射率nd7与第六透镜(7)的折射率nd6，两者之间的差值范围为nd7-nd6≥0.2，所述第六透镜(7)的阿贝数vd6与第七透镜(8)的阿贝数vd7，两者之间的差值范围为vd6-vd7≥35。
7.根据权利要求1所述的一种新型的超广角镜头，其特征在于：所述排列在光阑元件(5)前的镜片数量与排列在光阑元件(5)后的镜片数量相同。
8.根据权利要求1所述的一种新型的超广角镜头，其特征在于：所述第五透镜(6)的朝像面(r10)至成像面(IMA)的距离为BFL，第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(6)、第六透镜(7)、第七透镜(8)、第八透镜(9)组合的焦距值为EFL，两者之间的比值范围为4≥BFL/EFL≥2.5，所述镜头半像高H与焦距值EFL的比值范围为H/EFL＞1.85，所述镜头的全视场角FOV的取值范围为FOV＞180°。
9.根据权利要求1所述的一种新型的超广角镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)组合焦距ff与第五透镜(6)、第六透镜(7)、第七透镜(8)、第八透镜(9)组合焦距fb比值范围为-2.6≤ff/fb≤-2。
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