CN106932888B

CN106932888B - 一种360°全景鱼眼镜头

Info

Publication number: CN106932888B
Application number: CN201611210119.7A
Authority: CN
Inventors: 周静; 付湘发; 梁伟朝; 白兴安; 贺保丁; 蓝岚; 张鸿佳; 张德伦
Original assignee: Sunny Optics Zhongshan Co Ltd
Current assignee: Sunny Optics Zhongshan Co Ltd
Priority date: 2016-12-24
Filing date: 2016-12-24
Publication date: 2022-08-16
Anticipated expiration: 2036-12-24
Also published as: CN106932888A

Abstract

一种360°全景鱼眼镜头，从物侧到像侧依次包括负焦距的第一透镜、负焦距的第二透镜、负焦距的第三透镜、正焦距的第四透镜、正焦距的第五透镜、正焦距的第六透镜、正焦距的第七透镜、负焦距的第八透镜和正焦距的第九透镜，孔径光阑位于第五透镜和第六透镜之间；其中，第一透镜和第二透镜朝向物面的一侧分别为凸面，第一透镜和第二透镜朝向像面的一侧分别为凹面，第三透镜朝向物面一侧为凹面，第三透镜朝向像面一侧为凸面,第九透镜为双凸镜片。所述第一透镜的焦距为f1，第三透镜的焦距为f3，其满足关系式：0.2<f1/f3<1.5。本发明具有空间分辨率较高且均匀，边缘图像压缩轻微，能够很好的还原现实景象的特点。

Description

一种360°全景鱼眼镜头

技术领域

本发明涉及光学***和器件设计技术领域，特别涉及一种360°全景鱼眼镜头。

背景技术

随着人们对信息的需求的越来越多，鱼眼镜头比广角镜头拥有更大的市场，利用鱼眼镜头构造的成像***可以凝视体制获得半球甚至超半球空域的场景图像，实现完全无盲区的实时信息提取。

目前，市场上的鱼眼镜头种类日趋多样化，但是这些鱼眼镜头大多性能指标低，其视场角偏小，图像畸变量较大，空间较分辨率不均且边缘角分辨率过低，导致画幅边缘图像质量压缩严重，所拍摄画面与现实景象画面差异大，甚至画幅的边缘的图像无法还原，因此，该类镜头由于边缘图像压缩严重导致边缘解像力低，无法满足当前需要。例如专利号为US7869141B2和 US9182871B2美国专利，其中公开的镜头均存在视场角小于200°、边缘图像压缩严重、边缘解像力低等缺点。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种空间分辨率较高且均匀，边缘图像压缩轻微，能够很好的还原现实景象的360°全景鱼眼镜头，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种360°全景鱼眼镜头，其结构特征是从物侧到像侧依次包括负焦距的第一透镜、负焦距的第二透镜、负焦距的第三透镜、正焦距的第四透镜、正焦距的第五透镜、正焦距的第六透镜、正焦距的第七透镜、负焦距的第八透镜和正焦距的第九透镜，孔径光阑位于第五透镜和第六透镜之间；其中，第一透镜和第二透镜朝向物面的一侧分别为凸面，第一透镜和第二透镜朝向像面的一侧分别为凹面，第三透镜朝向物面一侧为凹面，第三透镜朝向像面一侧为凸面,第九透镜为双凸镜片；

第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜以及孔径光阑，共同构成光学***。

所述第一透镜的焦距为f1，第三透镜的焦距为f3，其满足关系式： 0.2<f1/f3<1.5。该技术方案使得本发明具有水平全视角240°和360°全景录制的超大视角，校正了鱼眼镜头的垂轴像差，降低了f-Theta畸变，提高了空间角分辨率，图像压缩轻微。

所述第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，其满足关系式： 0.1<f2/f3<0.5。该技术方案使得本发明具有水平全视角240°和360°全景录制的超大视角，校正了鱼眼镜头的垂轴像差，降低了f-Theta畸变，提高了空间角分辨率，图像压缩轻微。

所述第七透镜的焦距为f7，第八透镜的焦距为f8，其满足关系式： -1.6<f7/f8<-1.25。该技术方案校正了鱼眼镜头的垂轴像差、降低了f-Theta 畸变，空间角分辨率高，图像压缩轻微。

所述第七透镜的焦距为f7，第九透镜的焦距为f9，其满足关系式： 0.3<f7/f9<0.6。该技术方案校正了鱼眼镜头的垂轴像差、降低了f-Theta 畸变，空间角分辨率高，图像压缩轻微。

所述光学***的空间角分辨率为am，其满足关系式：3<am<7.5。该技术方案使得边缘角分辨率和中心角分辨率持平，边缘图像压缩轻微。

所述光学***的焦距为f，光学***的光学总长为TTL，其满足关系式： f/TTL<0.1。

所述第四透镜为双凸透镜；所述第五透镜朝向物面一侧为凸面，第五透镜朝向像面一侧为凹面；所述第六透镜朝向物面一侧为凸面，第六透镜朝向像面一侧为凹面；所述第七透镜朝向物面一侧和朝向像面一侧均为凸面；所述第八透镜朝向物面一侧和朝向像面一侧均为凹面。

所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第七透镜、第八透镜均为玻璃球面镜片，第六透镜为玻璃非球面镜片，第九透镜为双凸型玻璃非球面镜片。

所述第六透镜的物侧面和像侧面均为圆形非球面面型，第九透镜的物侧面和像侧面均为圆形非球面面型。

所述第七透镜和第八透镜为胶合透镜，有利于降低色差。

所述第一透镜、第二透镜、第七透镜和第八透镜的折射率和阿贝数分别为n1、n2、n7、n8和v1、v2、v7、v8，其满足关系式：

1.2<n8-v8/30<1.4，0.4<n1-v1/40<1.5，

0.4<n2-v2/40<1.5，0.4<n7-v7/40<1.5。

该技术方案使得产品具有较好的抗环境温度变化能力。

综上所述，本发明采用九片式结构，同时采用球面镜片和非球面镜片混合搭配的方式；采用反摄远结构，第一透镜、第二透镜、第三透镜采用负弯月透镜，使得鱼眼镜头的f-Theta畸变能达到2％的小畸变数值，边缘角分辨率与中心角分辨率持平，进而使得整个镜头图像压缩轻微，能够很好的还原现实景象，解像力大幅提升，保证光学***具有好的锐度和层次感

本发明中的第一透镜、第二透镜、第三透镜采用负弯月透镜，很好的校正了鱼眼镜头的垂轴像差，主要用于降低f-Theta畸变，使得边缘角分辨率与中心角分辨率持平，进而使整个镜头图像压缩轻微，能够很好的还原现实景象，解像力大幅提升，保证该***具有好的锐度和层次感。同时，后组透镜中采用一个胶合透镜，第六透镜和第九透镜采用非球面，且第六透镜靠近孔径光阑，利用非球面的优势很好的校正了鱼眼镜头的光阑像差，使得本发明具有水平全视角240°和360°全景录制的超大视角，同时解像力大幅提升，使得整个光学***能够达到1600万像素的高分辨率。

本发明通过合理搭配不同的热特性材料、合理排布球面镜片和非球面镜片的位置，使整个光学***具有好的抗环境温度变化能力，解决了镜头温度焦点漂移的问题，在较大的温度范围内能够保持高的图像解析能力，提高了产品竞争力，增加了产品的使用场合。

本发明采用合理的光焦度分配、球面和非球面镜片的排布，合理设置各透镜的焦距及公差分布均衡，整个光学***具有较好的抗环境温度变化能力，降低了结构公差敏感度问题；且整个光学***具有360°全景录制的超大视角，f-Theta畸变低，空间角分辨率较高，进而使得整个镜头图像压缩轻微，能够很好的还原现实景象，同时解像力大幅提升，使得整个***能够达到1600万像素的高分辨率，保证该光学***具有较好的锐度和层次感。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为第一实施例的解析图。

图3为第一实施例的常温+20℃离焦曲线图。

图4为第一实施例的点列图。

图5为第一实施例的场曲畸变图。

图6为第一实施例的低温-40℃离焦曲线图。

图7为第一实施例的高温+80℃离焦曲线图。

图8为第二实施例的解析图。

图9为第二实施例的常温+20℃离焦曲线图。

图10为第二实施例的点列图。

图11为第二实施例的场曲畸变图。

图12为第二实施例的高温+80℃离焦曲线图。

图13为第二实施例的低温-40℃离焦曲线图。

图14为第三实施例的解析图。

图15为第三实施例的常温+20℃离焦曲线图。

图16为第三实施例的点列图。

图17为第三实施例的场曲畸变图。

图18为第三实施例的低温-40℃离焦曲线图。

图19为第三实施例的高温+80℃离焦曲线图。

图20为第一实施例的空间分辨率。

图21为第二实施例的空间分辨率。

图22为第三实施例的空间分辨率。

图中：L1为第一透镜，L2为第二透镜，L3为第三透镜，L4为第四透镜， L5为第五透镜，L6为第六透镜，L7为第七透镜，L8为第八透镜，L9为第九透镜。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1-图7和图20，本360°全景鱼眼镜头，从物侧到像侧依次包括负焦距的第一透镜L1、负焦距的第二透镜L2、负焦距的第三透镜L3、正焦距的第四透镜L4、正焦距的第五透镜L5、正焦距的第六透镜L6、正焦距的第七透镜L7、负焦距的第八透镜L8和正焦距的第九透镜L9，孔径光阑位于第五透镜L5和第六透镜L6之间；其中，第一透镜L1和第二透镜L2朝向物面的一侧分别为凸面，第一透镜L1和第二透镜L2朝向像面的一侧分别为凹面，第三透镜L3朝向物面一侧为凹面，第三透镜L3朝向像面一侧为凸面, 九透镜L9为双凸镜片。

第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8和第九透镜L9以及孔径光阑，共同构成光学***。

第一透镜L1和第二透镜L2朝向物侧的一面为凸面，第一透镜L1和第二透镜L2朝向像侧的一面为凹面。第三透镜L3朝向物侧的一面为凹面，第三透镜L3朝向像侧的一面为凸面。

第四透镜L4为双凸透镜；所述第五透镜L5朝向物面一侧为凸面，第五透镜L5朝向像面一侧为凹面；所述第六透镜L6朝向物面一侧为凸面，第六透镜L6朝向像面一侧为凹面；所述第七透镜L7朝向物面一侧和朝向像面一侧均为凸面；所述第八透镜L8朝向物面一侧和朝向像面一侧均为凹面。

第九透镜L9朝向物侧和朝向像侧的面为均为凸面。

所述第一透镜L1的焦距为f1，第三透镜L3的焦距为f3，其满足关系式：0.2<f1/f3<1.5。

所述第二透镜L2的焦距为f2，第三透镜L3的焦距为f3，其满足关系式：0.1<f2/f3<0.5。

所述第七透镜L7的焦距为f7，第八透镜L8的焦距为f8，其满足关系式：-1.6<f7/f8<-1.25。

所述第七透镜L7的焦距为f7，第九透镜L9的焦距为f9，其满足关系式：0.3<f7/f9<0.6。

所述光学***的空间角分辨率为am，其满足关系式：3<am<7.5。

所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜 L5、第七透镜L7、第八透镜L8均为玻璃球面镜片，第六透镜L6为玻璃非球面镜片，第第九透镜L9为双凸型玻璃非球面镜片。

所述第六透镜L6的物侧面S11和像侧面S12均为圆形非球面面型，第九透镜L9的物侧面S16和像侧面S17均为圆形非球面面型。

所述第七透镜L7和第八透镜L8为胶合透镜。

所述第一透镜L1、第二透镜L2、第七透镜L7和第八透镜L8的折射率和阿贝数分别为n1、n2、n7、n8和v1、v2、v7、v8，其满足关系式：

1.2<n8-v8/30<1.4，0.4<n1-v1/40<1.5，

0.4<n2-v2/40<1.5，0.4<n7-v7/40<1.5。

所述光学***的焦距为f，光学***的光学总长为TTL，所述光学***的空间角分辨率为am，am为每度视场角所占像面大小范围内芯片像元的数量。其中，所述光学***的光学总长是指光学***第一个镜片的第一个面到像面的距离。

当工作物距WD＝Infinity，总焦距f＝1.05mm，光圈F#＝2.47，全视场的视场角FOV＝240°，镜头总长TTL＝23.2mm时。

下列各表中，n为折射率，R为曲率半径，D为镜片厚度和镜片间间隔， TTL为镜头总长，f为镜头焦距，F#指光圈，K、A、B、C、D、E为非球面系数。

f1	f2	f3	f7	f8	f9
						-8.82	-4.23	-21.9	1.9	-1.44	3.9

K

A

B

C

D

E

S12

0

-9.63E-03

-1.46E-03

1.37E-03

-7.82E-04

2.34E-05

S13

0

-2.39E-03

3.99E-04

-1.69E-04

-3.32E-04

9.55E-05

S16

0

3.16E-03

6.68E-04

-8.86E-05

2.89E-05

-5.06E-06

S17

0

6.68E-03

5.46E-04

1.99E-04

1.59E-05

-9.51E-06

n1-v1/40	n2-v2/40	n7-v7/40	n8-v8/30
				0.76	0.86	0.86	1.37

图2至图7和图20依次为工作物距WD＝Infinity时的MTF、常温+20℃离焦曲线图、点列图、场曲畸变图、低温-40℃离焦曲线图、高温80℃离焦曲线图以及空间角分辨图，从图中可以看出，本发明第一实施例所提供的 360°全景鱼眼镜头具有上述低f-Theta畸变、边缘角分辨率与中心角分辨率持平，超大视场角、强抗温度变化能力等优势。

S1为第一透镜L1的前表面，S2为第一透镜L1的后表面，S3为第二透镜L2的前表面，S4为第二透镜L2的后表面，S5为第三透镜L3的前表面， S6为第三透镜L3的后表面，S7为第三透镜L4的前表面，S8为第四透镜L4 的后表面，S9为第五透镜L5的前表面，S10为第五透镜L5的后表面，S11 为第六透镜L6的前表面，S12为第六透镜L6的后表面，S13为第七透镜L7的前表面，S14为第七透镜L7和第八透镜L8的胶合面，S15为第八透镜L8 的后表面，S16为第九透镜L9的前表面，S17为第九透镜L9的后表面。

第二实施例

当WD＝Infinity，f＝1.22mm，F#＝2.45，FOV＝240°，TTL＝20mm时，

f1	f2	f3	f7	f8	f9
						-11.95	-3.85	-8.9	2	-1.39	4.9

f1/f3	f2/f3	f7/f8	f7/f9	f/TTL
					1.34	0.43	-1.44	0.41	0.061

K

A

B

C

D

E

S12

0

2.61E-03

1.28E-03

2.36E-04

-8.16E-05

4.48E-06

S13

0

1.90E-02

3.56E-03

1.41E-04

2.70E-04

1.83E-05

S16

0

-6.67E-04

2.30E-03

-2.56E-04

1.80E-05

-9.70E-07

S17

0

1.09E-02

9.06E-04

5.46E-04

-7.19E-05

-1.82E-06

n1-v1/40	n2-v2/40	n7-v7/40	n8-v8/30
				0.5	0.98	0.83	1.22

上表中，“n”为折射率，“R”为曲率半径，D为镜片厚度和镜片间间隔， TTL为镜头总长，f为镜头焦距，FOV代表全视场的视场角，F#指光圈，K、 A、B、C、D、E为非球面系数。

图8至图13和图21依次为工作物距WD＝Infinity时的MTF、常温离焦曲线、点列图、场曲畸变图、低温-40℃离焦曲线图、高温80℃离焦曲线图以及空间角分辨率图，从图中可以看出，本发明第二实施例所提供的360°全景鱼眼镜头具有上述低f-Theta畸变、边缘角分辨率与中心角分辨率持平、超大视场角、强抗温度变化能力等优势。

其余未述部分见第一实施例，不再赘述。

第三实施例

当WD＝Infinity，f＝1.12mm，F#＝2.35，FOV＝240°，TTL＝23mm时，

f1	f2	f3	f7	f8	f9
						-12	-3.75	-12.4	2.48	-1.6	4.6

f1/f3	f2/f3	f7/f8	f7/f9	f/TTL
					0.97	0.3	-1.47	0.54	0.049

n1-v1/40	n2-v2/40	n7-v7/40	n8-v8/30
				0.55	0.76	0.98	1.29

上表中，“n”为折射率，“R”为曲率半径，D为镜片厚度和镜片间间隔，TTL为镜头总长，f为镜头焦距，FOV代表全视场的视场角，F#指光圈，K、 A、B、C、D、E为非球面系数。

图14至图19和图22依次为工作物距WD＝Infinity时的MTF、常温离焦曲线图、点列图、场曲畸变图、低温-40℃离焦曲线图、高温80℃离焦曲线图以及空间角分辨率图，从图中可以看出，本发明第三实施例所提供的360 °全景鱼眼镜头具有上述低f-Theta畸变、边缘角分辨率与中心角分辨率持平、超大视场角、强抗温度变化能力等优势。

其中所使用的非球面系数采用如下计算公式：

式中，r为光学表面上的一点到光轴的距离，Z为该点沿光轴方向的矢高，c为该表面的曲率，k为该表面的二次曲面常数，当k＜-1时，透镜的面形曲线为双曲线；当k＝-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当-1＜ k＜0时，透镜的面形曲线为椭圆；当k＝0时，透镜的面形曲线为圆形；当0＜k时，透镜的面形曲线为扁圆形。

以下列出在第一实施例至第三实施例中，各条件式满足下面表格的条件：

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种360°全景鱼眼镜头，其特征是从物侧到像侧依次包括负焦距的第一透镜(L1)、负焦距的第二透镜(L2)、负焦距的第三透镜(L3)、正焦距的第四透镜(L4)、正焦距的第五透镜(L5)、正焦距的第六透镜(L6)、正焦距的第七透镜(L7)、负焦距的第八透镜(L8)和正焦距的第九透镜(L9)，孔径光阑位于第五透镜(L5)和第六透镜(L6)之间；

其中，

第一透镜(L1)和第二透镜(L2)朝向物面的一侧分别为凸面，

第一透镜(L1)和第二透镜(L2)朝向像面的一侧分别为凹面，

第三透镜(L3)朝向物面一侧为凹面，第三透镜(L3)朝向像面一侧为凸面,第九透镜(L9)为双凸镜片；

第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)、第六透镜(L6)、第七透镜(L7)、第八透镜(L8)和第九透镜(L9)以及孔径光阑，共同构成光学***。

2.根据权利要求1所述的360°全景鱼眼镜头，其特征是所述第一透镜(L1)的焦距为f1，第三透镜(L3)的焦距为f3，其满足关系式：0.2<f1/f3<1.5。

3.根据权利要求1所述的360°全景鱼眼镜头，其特征是所述第二透镜(L2)的焦距为f2，第三透镜(L3)的焦距为f3，其满足关系式：0.1<f2/f3<0.5。

4.根据权利要求1所述的360°全景鱼眼镜头，其特征是所述第七透镜(L7)的焦距为f7，第八透镜(L8)的焦距为f8，其满足关系式：-1.6<f7/f8<-1.25。

5.根据权利要求1所述的360°全景鱼眼镜头，其特征是所述第七透镜(L7)的焦距为f7，第九透镜(L9)的焦距为f9，其满足关系式：0.3<f7/f9<0.6。

6.根据权利要求1所述的360°全景鱼眼镜头，其特征是所述光学***的空间角分辨率为am，所述am为每度视场角所占像面大小范围内芯片像元的数量,其满足关系式：3<am<7.5。

7.根据权利要求1所述的360°全景鱼眼镜头，其特征是所述光学***的焦距为f，光学***的光学总长为TTL，其满足关系式：f/TTL<0.1。

8.根据权利要求1所述的360°全景鱼眼镜头，其特征是所述第四透镜(L4)为双凸透镜；

所述第五透镜(L5)朝向物面一侧为凸面，第五透镜(L5)朝向像面一侧为凹面；所述第六透镜(L6)朝向物面一侧为凸面，第六透镜(L6)朝向像面一侧为凹面；所述第七透镜(L7)朝向物面一侧和朝向像面一侧均为凸面；所述第八透镜(L8)朝向物面一侧和朝向像面一侧均为凹面。

9.根据权利要求1所述的360°全景鱼眼镜头，其特征是所述第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)、第七透镜(L7)、第八透镜(L8)均为玻璃球面镜片，第六透镜(L6)为玻璃非球面镜片，第九透镜(L9)为双凸型玻璃非球面镜片。

10.根据权利要求1所述的360°全景鱼眼镜头，其特征是所述第六透镜(L6)的物侧面(S11)和像侧面(S12)均为圆形非球面面型，第九透镜(L9)的物侧面(S16)和像侧面(S17)均为圆形非球面面型。

11.根据权利要求1所述的360°全景鱼眼镜头，其特征是所述第七透镜(L7)和第八透镜(L8)为胶合透镜。

12.根据权利要求1至11任一所述的360°全景鱼眼镜头，其特征是所述第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第七透镜(L7)和第八透镜(L8)的折射率和阿贝数分别为n1、n2、n7、n8和v1、v2、v7、v8，其满足关系式：

1.2<n8-v8/30<1.4，0.4<n1-v1/40<1.5，

0.4<n2-v2/40<1.5，0.4<n7-v7/40<1.5。