CN106842520A - 一种高清全景环视光学成像*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高清全景环视光学成像***，从物面至像面依次设有：前透镜组，前透镜组的光焦度为负，所述的前透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜；第一透镜和第二透镜的光焦度为负，第三透镜的光焦度为正；光阑；后透镜组，后透镜组的光焦度为正，后透镜组包括第四透镜、第五透镜、第六透镜；第四透镜和第六透镜的光焦度为正，第五透镜的光焦度为负；滤光片；保护玻璃。本发明实现了最大视场角230°的超大广角、大的相对孔径和百万像素的高清镜头，可用于三维重建、全景浏览视频监控、球幕投影等方面，成像***在‑40℃～+85℃的温度范围内仍具有较高的清晰度，特别适用于环境恶劣车载环境。

Description

一种高清全景环视光学成像***

【技术领域】

本发明涉及光学***，尤其是一种高清全景环视光学成像***。

【背景技术】

目前三维重建、全景浏览视频监控发展如火如荼，其整套成像***往往采用多颗镜头成像，然后进行图像合成和拼接才能实现，这带来的负面影响是镜头成本的增加；高低温等恶劣环境也影响成像***的性能和稳定性。

因此，本发明正是基于以上的不足而产生的。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种高清全景环视光学成像***，该***成本低、清晰度高、视场角大、通光能力强，可以满足在三维重建、全景浏览、视频监控、车载镜头领域的成像要求。

为解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：一种高清全景环视光学成像***，其特征在于，从物面至像面依次设有：

前透镜组，所述前透镜组的光焦度为负，所述的前透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述第一透镜和所述第二透镜的光焦度为负，所述第三透镜的光焦度为正；

光阑；

后透镜组，所述后透镜组的光焦度为正，所述的后透镜组包括第四透镜、第五透镜、第六透镜；所述第四透镜和第六透镜的光焦度为正，所述第五透镜的光焦度为负；

滤光片；

保护玻璃。

如上所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述第一透镜为朝向物面的表面是凸面、朝向像面的表面是凹面的弯月透镜；第二透镜为朝向物面的表面是凸面、朝向像面的表面是凹面的弯月透镜；第三透镜的两个面均为凸面。

如上所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述第四透镜的两个面均为凸面，第五透镜为朝向物面的表面是凹面、朝向像面的表面是凸面的弯月透镜，第六透镜的两个面均为凸面。

如上所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述的前透镜组、后透镜组满足：

-11.2≤F_before≤-5.5；-13.6≤F_before/F≤-6.1；

2.41≤F_after≤2.72；2.68≤F_after/F≤3.49；

1.85≤|F_before/F_after|≤4.7；

其中，F_before为前透镜组的焦距，F_after为后透镜组的焦距，F为光学***的总焦距。

如上所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述的第一透镜、第三透镜和第五透镜的折射率和阿贝数满足：

1.7≤Nd₁≤1.9；45≤Vd₁≤65；

Nd₃≥1.8；Vd₃≤23；

Nd₅≥1.55；Vd₅≤25；

其中，Nd₁、Nd₃、Nd₅分别为第一透镜、第三透镜、第五透镜的折射率；Vd₁、Vd₃、Vd₅分别为第一透镜、第三透镜、第五透镜的阿贝数。

如上所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于，满足：

1.8≤ET₂/T₂≤4；

2.68≤Φ₁/MIC≤3.3；

2.3≤A₆/F≤3.0；

其中，ET₂、T₂分别为第二透镜的边缘厚度和中心厚度，Φ₁为第一透镜的口径大小，MIC代表最大成像面，A₆为所述第六透镜到像面的最小距离。

如上所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述的光学镜头总视场角和镜头总长分别满足：

170°≤2W≤230°；14≤TTL/F≤17.2；

式中，2W为镜头的视场角，TTL为第一透镜的顶点到像面的距离。

如上所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜为塑胶非球面透镜，所述的第四透镜和第五透镜采用塑胶镜片胶合，所述第四透镜和第五透镜的胶合面为球面或者非球面。

如上所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述的第一透镜、第三透镜是球面玻璃透镜；第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜为塑胶非球面透镜，且满足非球面透镜公式：

在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数。

与现有技术相比，本发明的一种高清全景环视光学成像***，达到了如下效果：

1、本发明实现了最大视场角230°的超大广角、大的相对孔径和百万像素的高清镜头，可用于三维重建、全景浏览视频监控、球幕投影等方面，成像***在-40℃～+85℃的温度范围内仍具有较高的清晰度，特别适用于环境恶劣车载环境。

2、本发明合理分配折射率和阿贝数，有效矫正***轴向色差过大，且能保证第一透镜有较小的口径，对镜头小型化更有益处。

3、本发明设置有滤光片和图像传感器的保护玻璃，能过滤一部分光线以减少杂光和光斑等，使图像色彩亮丽和锐利的同时具有良好的色彩还原性。

4、本发明引入塑胶非球面透镜，可有效减小镜头体积，还能实现较高的分辨率。

【附图说明】

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明示意图；

图2为本发明的在125lp/mm下的MTF VS field曲线图；

图3为本发明的色差曲线图；

图4为本发明的高温+20℃离焦MTF曲线图；

图5为本发明的高温+85℃离焦MTF曲线图；

图6为本发明的低温-40℃离焦MTF曲线图；

附图说明：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、第五透镜；6、第六透镜；7、滤光片；8、保护玻璃；9、光阑；10、像面。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。

如图1至图6所示，一种高清全景环视光学成像***，从物面至像面10依次设有：

前透镜组100，所述前透镜组100的光焦度为负，所述的前透镜组100包括第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3；所述第一透镜1和所述第二透镜2的光焦度为负，所述第三透镜3的光焦度为正；

光阑9；

后透镜组200，所述后透镜组200的光焦度为正，所述的后透镜组200包括第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6；所述第四透镜4和第六透镜6的光焦度为正，所述第五透镜5的光焦度为负；

滤光片7；

保护玻璃8；设置滤光片和保护玻璃能过滤一部分光线以减少杂光和光斑等，使图像色彩亮丽和锐利的同时具有良好的色彩还原性。

本发明实现了最大视场角220°的超大广角、大的相对孔径和百万像素的高清镜头，可用于三维重建、全景浏览视频监控、球幕投影等方面，成像***在-40℃～+85℃的温度范围内仍具有较高的清晰度，特别适用于环境恶劣车载环境。

如图1至图6所示，在本实施例中，所述第一透镜1为朝向物面的表面是凸面、朝向像面10的表面是凹面的弯月透镜；第二透镜2为朝向物面的表面是凸面、朝向像面10的表面是凹面的弯月透镜；第三透镜3的两个面均为凸面。

如图1至图6所示，在本实施例中，所述第四透镜4的两个面均为凸面，第五透镜5为朝向物面的表面是凹面、朝向像面10的表面是凸面的弯月透镜，第六透镜6的两个面均为凸面；第六透镜朝向像面10的一面边缘成像区域会产生反曲，反曲的特点主要是改善周边视场的MTF性能和相对照度。

如图1至图6所示，在本实施例中，所述的前透镜组100、后透镜组200满足：

-11.2≤F_before≤-5.5；-13.6≤F_before/F≤-6.1；

2.41≤F_after≤2.72；2.68≤F_after/F≤3.49；

1.85≤|F_before/F_after|≤4.7；

其中，F_before为前透镜组100的焦距，F_after为后透镜组200的焦距，F为光学***的总焦距；能够有效将宽的视场角汇聚进光学***，并降低光学***的公差敏感性。

如图1至图6所示，在本实施例中，所述的第一透镜1、第三透镜3和第五透镜5的折射率和阿贝数满足：

1.7≤Nd₁≤1.9；45≤Vd₁≤65；

Nd₃≥1.8；Vd₃≤23；

Nd₅≥1.55；Vd₅≤25；

其中，Nd₁、Nd₃、Nd₅分别为第一透镜1、第三透镜3、第五透镜5的折射率；Vd₁、Vd₃、Vd₅分别为第一透镜1、第三透镜3、第五透镜5的阿贝数；这种折射率和阿贝数的分配，有效矫正***轴向色差过大，且能保证第一透镜有较小的口径，这对镜头小型化更有益处。

如图1至图6所示，在本实施例中，满足：

1.8≤ET₂/T₂≤4；

2.68≤Φ₁/MIC≤3.3；

2.3≤A₆/F≤3.0；

其中，ET₂、T₂分别为第二透镜2的边缘厚度和中心厚度，Φ₁为第一透镜1的口径大小，MIC代表最大成像面、A₆为第六透镜6最到像面10的最小距离；有效缩短镜头总长，使得光学***有更大的孔径。

如图1至图6所示，在本实施例中，所述的光学镜头总视场角和镜头总长分别满足：

170°≤2W≤230°；14≤TTL/F≤17.2；

式中，2W为镜头的视场角，TTL为第一透镜1的顶点到像面10的距离。

如图1至图6所示，在本实施例中，所述第二透镜2、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6为塑胶非球面透镜，第四透镜4和第五透镜5采用塑胶镜片胶合，第四透镜4和第五透镜5的胶合面可为球面或者非球面。

如图1至图6所示，在本实施例中，所述的第一透镜1、第三透镜3是球面玻璃透镜；第二透镜2、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6为塑胶非球面透镜，且满足非球面透镜公式：

在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数。塑胶非球面透镜的引入，可有效减小镜头体积，还能实现较高的分辨率。

本光学***中，主要的光学参数如下：

F＝0.88mm，A₆＝2.3mm，TTL＝12.6mm，2W＝220°，FNO＝2.0

其中，FNO代表相对孔径的倒数。

本发明的高清全景环视光学成像***的镜头光学参数如下表：

Surface	Type	R	Thickness	Nd	Vd
						1	STANDARD	11.00	0.85	1.804	46.5
2	STANDARD	3.17	2.10
						3	EVENASPH	8.02	0.70	1.535	56.115
4	EVENASPH	0.98	1.52
						5	STANDARD	7.39	1.84	1.946	17.9
6	STANDARD	-7.39	0.68
						7	STANDARD	INFINITY	-0.01
8	EVENASPH	2.99	1.28	1.535	56.115
						9	EVENASPH	-1.09	0.41	1.6425	22.465
10	EVENASPH	-12.94	0.21
						11	EVENASPH	5.19	0.84	1.535	56.115
12	EVENASPH	-2.33	0.20
						13	STANDARD	INFINITY	0.70
14	STANDARD	INFINITY	1.37
						15	STANDARD	INFINITY	0.00

上表中，R代表曲率半径、Thickness代表中心厚度、Nd代表折射率、Vd代表阿贝数、STANDARD代表球面透镜、EVENASPH代表偶次非球面，满足非球面透镜公式。

非球面系数如下表：

			3	-9.23E-09
4	1.16E-05
			8	-2.12E-03	-2.34E-02
9	-1.81E-02	-4.42E-02
			10	6.97E-04	-5.57E-05
11	9.86E-05	4.78E-05
			12	-6.65E-04	5.61E-05

以上光学成像***参数均包含在发明内容的条件公式内，本发明最终提供了一种高清全景环视成像***具有清晰度高、视场角大、相对孔径大、色差小等优点。

Claims (9)

1.一种高清全景环视光学成像***，其特征在于，从物面至像面(10)依次设有：

前透镜组(100)，所述前透镜组(100)的光焦度为负，所述的前透镜组(100)包括第一透镜(1)、第二透镜(2)和第三透镜(3)；所述第一透镜(1)和所述第二透镜(2)的光焦度为负，所述第三透镜(3)的光焦度为正；

光阑(9)；

后透镜组(200)，所述后透镜组(200)的光焦度为正，所述的后透镜组(200)包括第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)；所述第四透镜(4)和第六透镜(6)的光焦度为正，所述第五透镜(5)的光焦度为负；

滤光片(7)；

保护玻璃(8)。

2.根据权利要求1所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述第一透镜(1)为朝向物面的表面是凸面、朝向像面(10)的表面是凹面的弯月透镜；第二透镜(2)为朝向物面的表面是凸面、朝向像面(10)的表面是凹面的弯月透镜；第三透镜(3)的两个面均为凸面。

3.根据权利要求1所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述第四透镜(4)的两个面均为凸面，第五透镜(5)为朝向物面的表面是凹面、朝向像面(10)的表面是凸面的弯月透镜，第六透镜(6)的两个面均为凸面。

4.根据权利要求1所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述的前透镜组(100)、后透镜组(200)满足：

-11.2≤F_before≤-5.5；-13.6≤F_before/F≤-6.1；

2.41≤F_after≤2.72；2.68≤F_after/F≤3.49；

1.85≤|F_before/F_after|≤4.7；

其中，F_before为前透镜组(100)的焦距，F_after为后透镜组(200)的焦距，F为光学***的总焦距。

5.根据权利要求4所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述的第一透镜(1)、第三透镜(3)和第五透镜(5)的折射率和阿贝数满足：

1.7≤Nd₁≤1.9；45≤Vd₁≤65；

Nd₃≥1.8；Vd₃≤23；

Nd₅≥1.55；Vd₅≤25；

其中，Nd₁、Nd₃、Nd₅分别为第一透镜(1)、第三透镜(3)、第五透镜(5)的折射率；Vd₁、Vd₃、Vd₅分别为第一透镜(1)、第三透镜(3)、第五透镜(5)的阿贝数。

6.根据权利要求5所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于，满足：

1.8≤ET₂/T₂≤4；

2.68≤Φ₁/MIC≤3.3；

2.3≤A₆/F≤3.0；

其中，ET₂、T₂分别为第二透镜(2)的边缘厚度和中心厚度，Φ₁为第一透镜(1)的口径大小，MIC代表最大成像面，A₆为所述第六透镜(6)到像面(10)的最小距离。

7.根据权利要求6所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述的光学镜头总视场角和镜头总长分别满足：

170°≤2W≤230°；14≤TTL/F≤17.2；

式中，2W为镜头的视场角，TTL为第一透镜(1)的顶点到像面(10)的距离。

8.根据权利要求7所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述第二透镜(2)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)为塑胶非球面透镜，所述的第四透镜(4)和第五透镜(5)采用塑胶镜片胶合，所述第四透镜(4)和第五透镜(5)的胶合面为球面或者非球面。

9.根据权利要求8所述的一种高清全景环视光学成像***，其特征在于：所述的第一透镜(1)、第三透镜(3)是球面玻璃透镜；第二透镜(2)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)为塑胶非球面透镜，且满足非球面透镜公式：

$Z={\mathrm{cy}}^2/\{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{y}^2}\}+a_1{y}^2+a_2{y}^4+a_3{y}^6+a_4{y}^8+a_5{y}^{10}+a_6{y}^{12}+a_7{y}^{14}+a_8{y}^{16}$

在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数。