一种鱼眼镜头
技术领域
本发明涉及一种成像光学***,尤其涉及一种鱼眼镜头。
背景技术
鱼眼镜头是所有光学镜头类别中较为特殊的一类,属于镜头,一般用于120°至180°甚至更大视场环境的拍摄和投影,成像原理为“非相似成像”,即通过引入定量"畸变",产生大反远比,增加镜头视场。上世纪七十年代,鱼眼镜头在电影行业首先出现,用来拍摄和放映35mm及70mm胶片的球幕(也称穹幕)电影,从而打开了鱼眼镜头被广泛使用的序幕。
目前市场上的鱼眼镜头包括摄影(摄像)、监控和投影镜头,其视场角都在180°左右,其镜头的光圈数(镜头的焦距与镜头入瞳直径的比值,即相对孔径的倒数,光圈数越小,镜头的通光效果越好)一般都大于2.0,很难出现大孔径同时兼大视场角。原因是随着镜头视场角变大、乃至超过180度,周边光亮比会随之减少,画面周边会存在较暗的缺陷,且像质也会变得很差。同时,由于鱼眼镜头结构对于镜片的要求很高,镜片结构工艺性差而造成价格昂贵或无法量产,往往不具有实用意义。
例如专利文献1(公开号104793321A)所述的超大视场鱼眼镜头,以两块相当难加工的负弯型透镜加Tessar物镜结构为基础,以较低的成本实现了超大视场,但是由于结构的限制,光圈数只设计到了5.65。如此大的光圈数在夜晚的成像效果是相当差的,也就意味着这一类镜头只能在白天环境下使用。再例如专利文献2(公开号104808314A)所述的适应高像素大靶面芯片鱼眼镜头和专利文献3(公开号105068219A),光圈数也只达到了2.2和2.5,依然无法实现较低照度环境下的清晰成像。
随着24小时全天候监控的需求越来越大,并在近红外LED光源及IR-CUT双滤光片的辅助下,出现了日夜两用鱼眼监控镜头,实现可见光和近红外光的共焦。红外共焦是目前中国市场车载、安防行业提出的新要求,即同一款镜头在不可调焦的前提下,实现可见光与红外光共用一个焦平面,同时成清晰像。但目前市面上的红外共焦鱼眼镜头往往与大光圈的优点两者无法兼得。例如专利文献4(公开号103293640A)所述的鱼眼镜头,虽然达到了最大光圈FNO=1.4,但是没有实现红外共焦的功能,无法在复杂光源条件下很好地成像,容易产生重影,这一缺陷限制了其不能在许多迫切需要鱼眼镜头的环境中使用。
综合来看,目前市场上,还没有一款能够兼容于安防、车载、视频会议的同时兼具超大光圈、高周边光亮比、超180度广角、高分辨率、红外完全共焦几大优势于一体的鱼眼镜头。
发明内容
本发明要解决上述问题,提供能够兼容于安防、车载、视频会议的同时兼具超大光圈、高周边光亮比、超180度广角、高分辨率、红外完全共焦几大优势于一体的鱼眼镜头。
本发明所述的一种鱼眼镜头,其特征在于,所述光学***包括沿光线入射方向依次设有光焦度为负的透镜组A、光焦度为正的透镜组B、光阑STP和光焦度为正的透镜组C。
所述的透镜组A,其光焦度为负,沿光轴方向从物方起依次包括第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3,以物方为前方,第一透镜为光焦度为负的前凸后凹球面透镜,第二透镜为光焦度为负的前凸后凹球面透镜,第三透镜为光焦度为负的双凹球面透镜;
所述的透镜组B,其光焦度为正,沿光轴方向从物方起依次包括第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6,以物方为前方,第四透镜为光焦度为正的双凸球面透镜,第五透镜为光焦度为正的双凸球面透镜,第六透镜为光焦度为负的前凸后凹的非球面透镜;所述的光阑STP,其为可变光阑,特殊情况可以设置为固定光阑;
所述的透镜组C,其光焦度为正,沿光轴方向从物方起依次包括第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9和第十透镜L10,以物方为前方,第七透镜为光焦度为正的双凸球面透镜,第八透镜为光焦度为负的前凸后凹球面透镜,第九透镜为光焦度为正的双凸球面透镜,且第八透镜与第九透镜通过胶合形成一个胶合镜片,第十透镜为光焦度为正的双凸球面透镜。
进一步的,所述光学***满足以下条件:
所述透镜组A,其焦距为fA,满足:-1>fA>-5;
所述透镜组B,其焦距为fB,满足:17>fB>2;
所述透镜组C,其焦距为fC,满足:15>fC>1.5。
所述第一透镜,其折射率为Nd
1,阿贝数为Vd
1,以物方为前方,所述第一透镜的后表面有效通光直径为Φ
12,后表面曲率半径为R
12,满足:Nd
1>1.8,Vd
1<30,
所述第二透镜,其折射率为Nd
2,阿贝数为Vd
2,以物方为前方,所述第二透镜的后表面有效通光直径为Φ
22,后表面曲率半径为R
22,满足:Nd
2>1.8,Vd
2<30,
所述第三透镜,其焦距为f3,满足:-3>f3>-17;
所述第四透镜,其折射率为Nd4,阿贝数为Vd4,满足:Nd4>1.8,Vd4<30;
所述第八透镜,其折射率为Nd8,阿贝数为Vd8,满足:Nd8>1.8,Vd8<30;
所述第九透镜,其阿贝数为Vd9,满足:Vd9>55。
本发明利用透镜组A中连续的三片具有负光焦度的第一透镜、第二透镜和第三透镜,保证了镜头的超大视场角,且对消除像散及场曲、控制畸变起到了良好的效果。而光阑STP前后的透镜组B和透镜组C通过透镜间的相互配合进一步校正各种像差,保证镜头的高解析度。尤其是光阑S前透镜组B的最后一片镜片,即第六透镜,采用了前凸后凹的弯月形结构,甚至优选为非球面镜片,能够保证该鱼眼镜头即使在超大光圈的情况下,也能拥有高解析度。而透镜组C中将高折射率低阿贝数的弯月形第八透镜与低折射率高阿贝数的双凸第九透镜通过胶合形成一个胶合镜片,有效地改善了镜头的色差。使得镜头在380nm~850nm的宽光谱范围像差得以校正和平衡,实现了完全红外共焦。这样镜头不仅能在白昼的光照环境下清晰成像,在夜间极低照度环境下,通过红外补光,也能清晰成像。
基于从事此类产品设计制造丰富的实务经验及专业知识,并配合学理的运用,积极加以研究创新,以期创设一种新型结构的鱼眼定焦镜头,能够改进一般现有的鱼眼镜头,使其更具有实用性。经过不断的研究、设计,并经过反复试作样品及改进后,终于创设出确具实用价值的本发明。
本发明能够在满足光圈数小于1.4的前提下实现185度超大视场,同时在185度视场处实现70%以上相对照度,能够输出800万像素高清晰度像质,保证红外光与可见光焦平面完全一致,实现完全红外共焦、日夜两用。并且在设计上进一步优化结构,合理得分配光焦度,尽可能地降低成本,至多只使用一片廉价玻璃非球面,使得结构尺寸合理,易于加工生产装配,具有很好的实用意义。
本发明创造的优点如下:
利用一种成本较低、生产加工组装简易的光学***,提供了一款能够兼容于安防、车载、视频会议的同时兼具超大光圈、高周边光亮比、超180度广角、高分辨率、红外完全共焦几大优势于一体的鱼眼镜头。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图;
图2是本发明实施例的光路图;
图3是本发明实施例的MTF示意图;
图4是本发明实施例的轴向色差示意图;
图5是本发明实施例的倍率色差图;
图6是本发明实施例的像面弯曲图;
图7是本发明实施例的点列图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
参照附图1、2、3、4、5、6、7
本发明提供的鱼眼镜头的实施例的结构示意图如图1所示,所述光学***包括沿光线入射方向依次设有光焦度为负的透镜组A、光焦度为正的透镜组B、光阑S和光焦度为正的透镜组C。所述的透镜组A,其光焦度为负,沿光轴方向从物方起依次包括第一透镜、第二透镜和第三透镜,以物方为前方,第一透镜为光焦度为负的前凸后凹球面透镜,第二透镜为光焦度为负的前凸后凹球面透镜,第三透镜为光焦度为负的双凹球面透镜;所述的透镜组B,其光焦度为正,沿光轴方向从物方起依次包括第四透镜、第五透镜和第六透镜,以物方为前方,第四透镜为光焦度为正的双凸球面透镜,第五透镜为光焦度为正的双凸球面透镜,第六透镜为光焦度为负的前凸后凹球面透镜(优选为前凸后凹的非球面透镜);所述的光阑S,其为可变光阑,特殊情况可以设置为固定光阑;所述的透镜组C,其光焦度为正,沿光轴方向从物方起依次包括第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜,以物方为前方,第七透镜为光焦度为正的双凸球面透镜,第八透镜为光焦度为负的前凸后凹球面透镜,第九透镜为光焦度为正的双凸球面透镜,且第八透镜与第九透镜通过胶合形成一个胶合镜片,第十透镜为光焦度为正的双凸球面透镜。其特点是能够兼容于安防、车载、视频会议的同时兼具超大光圈、高周边光亮比、超180度广角、高分辨率、红外完全共焦几大优势于一体。
在本实施案例中,该光学镜头的整体焦距值为EFL,光阑值为FNO,视场角为FOV,镜头总长TTL,并由物方侧开始,以物方为前方,将各个透镜依次编号,第一透镜的前后表面分别为r11、r12,第二透镜的前后表面分别为r21、r22,第三透镜的前后表面分别为r31、r32,第四透镜的前后表面分别为r41、r42,第五透镜的前后表面分别为r51、r52,第六透镜的前后表面分别为r61、r62,第七透镜的前后表面分别为r71、r72,第八透镜的前后表面分别为r81、r82,第九透镜的前后表面分别为r91、r92,第十透镜的前后表面分别为r101、r102,且非球面公式为:
式中,Z为非球面沿光轴方向的高度为h的位置时,距非球面顶点的距离矢高sag;c=1/R,R表示镜面的曲率半径,K为圆锥系数conic,A、B、C、D为高次非球面系数,而系数中的e代表科学计数号,例e-05表示c=10-5。
EFL=1.8mm,FNO=1.4,FOV=185°,TTL=39.8mm
表1显示了实施例光学***的结构参数。
表1实施例光学***结构参数
上表中打“*”的表面为非球面,相关非球面参数如下:
第11表面,R=8.92,K=0,A=-6.00379e-004,B=-2.90036e-005,C=2.04624e-006,D=-9.11694e-008。