CN108873258B - 一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学*** - Google Patents

一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学***，沿光轴的方向，从物方至像方依次包括有具有负光焦度的前组光学***和具有正光焦度的后组光学***；所述前组光学***在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第一块透镜、负光焦度的第二块透镜和负光焦度的第三块透镜；所述后组光学***在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第四块透镜、正光焦度的第五块透镜、负光焦度的第六块透镜、正光焦度的第七块透镜、负光焦度的第八块透镜、孔径光阑、正光焦度的第九块透镜、负光焦度的第十块透镜、负光焦度的第十一块透镜、正光焦度的第十二块透镜和滤光片。本发明具有像面均匀性好、成像质量高、大视场角范围和接收孔径、结构紧凑、易于加工和安装等优点。

Description

一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学***
技术领域
本发明涉及光学成像***领域，特别是一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学***。
背景技术
随着科技的发展，越来越多的领域不仅需要高分辨力的图像，还需要很大的视场范围。超广角光学成像***，例如鱼眼镜头光学***是一种特殊的光学***，其成像视场角都非常大，它能够实现全空域包容和全时域实时信息的获取，实现了普通成像***无法实现的功能。由于鱼眼镜头可以获得一般光学***无法达到的视场范围，在很多领域具有广泛的应用，从特殊摄影逐渐扩展到工程测量、安全监视、国防军事及球幕电影等领域。
对于鱼眼镜头光学***，可以将其分成前组光学***和后组光学***两部分；前组光学***一般是由几块负弯月型透镜组成，起到压缩视场角的作用；后组光学***是由常规的光学***组成。在鱼眼镜头光学***中，具有大视场角的物点发出的光线打在光学元件表面上的视场角非常大，使得这类光学***的像差往往比较严重；另外，目前在各领域应用中，为了获得更加清晰的图像，使得中小孔径不能够满足需求，因此都追求大孔径成像，这就使得这类光学***的设计变得更加复杂。而赛德尔像差理论只能分析轴对称光学***（视场角较小）情况下的像差，对于这种超广角光学***的像差分析、优化设计就无能为力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学***，具有像面均匀性好、成像质量高、大视场角范围和结构紧凑、易于加工和安装等优点。
本发明采用以下方案实现：一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学***，沿光轴的方向，从物方至像方依次包括有具有负光焦度的前组光学***和具有正光焦度的后组光学***；
所述前组光学***在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第一块透镜、负光焦度的第二块透镜和负光焦度的第三块透镜；
所述后组光学***在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第四块透镜、正光焦度的第五块透镜、负光焦度的第六块透镜、正光焦度的第七块透镜、负光焦度的第八块透镜、孔径光阑、正光焦度的第九块透镜、负光焦度的第十块透镜、负光焦度的第十一块透镜、正光焦度的第十二块透镜和滤光片。
进一步地，所述第七块透镜与第八块透镜组合成双胶合透镜，所述第九块透镜与第十块透镜组合成双胶合透镜，所述第十一块透镜与第十二块透镜组合成双胶合透镜。
进一步地，所述光学***的镜头的视场角为160°，总焦距为3.212mm，F数为2.8，总长度为102.144mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。
进一步地，所述第一块透镜、第二块透镜、第三块透镜、第四块透镜、第五块透镜、第六块透镜、第七块透镜、第八块透镜、第九块透镜、第十块透镜、第十一块透镜、第十二块透镜的材料分别为N-BK7(n=1.5168)、N-BK7(n=1.5168)、N-BK7(n=1.5168)、SK51(n=1.6209)、SF10(n=1.1.7282)、SF12(n=1.1.6483)、D263TECO(n=1.5233)、LAFN28(n=1.7731)、K3(n=1.5182)、P-LASF47(n=1.8061)、SF1(n=1.7174)、N-BK7(n=1.5168)。
进一步地，所述滤光片的材料为N-BK7(n=1.5168)。
较佳的，所述孔径光阑位于第八块透镜和第九块透镜之间，所述滤光片位于第十二块透镜与像平面之间，可以根据需要随时更换，起到滤光的作用。
本发明是应用超大视场光学***的高阶像差理论及设计方法对光学***的各类像差进行解析分析后，有针对性地对各类像差进行优化，进而提出了上述技术方案。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、本发明比较完美地得到了一种像面均匀性好、成像质量较好等特点的超广角、大孔径鱼眼镜头光学***。
2、本发明多次用到双胶合透镜，并且选用常见价格低廉的材料，以及未用到非球面设计，使得加工成本相对降低。
附图说明
图1为本发明的光学***结构示意图。
图2为本发明实施例的超广角、大孔径鱼眼镜头光学***的MTF曲线图。
图3为本发明实施例的超广角、大孔径鱼眼镜头光学***的相对照度图。
图4为本发明实施例的超广角、大孔径鱼眼镜头光学***的畸变曲线图。
图5为本发明实施例的超广角、大孔径鱼眼镜头光学***的光路图。
图中，1为第一块透镜，2为第二块透镜，3为第三块透镜，4为第四块透镜，5为第五块透镜，6为第六块透镜，7为第七块透镜，8为第八块透镜，9为第九块透镜，10为第十块透镜，11为第十一块透镜，12为第十二块透镜。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1以及图5所示，本实施例提供了一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学***，沿光轴的方向，从物方至像方依次包括有具有负光焦度的前组光学***和具有正光焦度的后组光学***；
所述前组光学***在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第一块透镜1、负光焦度的第二块透镜2和负光焦度的第三块透镜3；
所述后组光学***在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第四块透镜4、正光焦度的第五块透镜5、负光焦度的第六块透镜6、正光焦度的第七块透镜7、负光焦度的第八块透镜8、孔径光阑、正光焦度的第九块透镜9、负光焦度的第十块透镜10、负光焦度的第十一块透镜11、正光焦度的第十二块透镜12和滤光片。
在本实施例中，所述第七块透镜与第八块透镜组合成双胶合透镜，所述第九块透镜与第十块透镜组合成双胶合透镜，所述第十一块透镜与第十二块透镜组合成双胶合透镜。
在本实施例中，所述光学***的镜头的视场角为160°，总焦距为3.212mm，F数为2.8，总长度为102.144mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。
在本实施例中，所述第一块透镜、第二块透镜、第三块透镜、第四块透镜、第五块透镜、第六块透镜、第七块透镜、第八块透镜、第九块透镜、第十块透镜、第十一块透镜、第十二块透镜的材料分别为N-BK7(n=1.5168)、N-BK7(n=1.5168)、N-BK7(n=1.5168)、SK51(n=1.6209)、SF10(n=1.1.7282)、SF12(n=1.1.6483)、D263TECO(n=1.5233)、LAFN28(n=1.7731)、K3(n=1.5182)、P-LASF47(n=1.8061)、SF1(n=1.7174)、N-BK7(n=1.5168)。
在本实施例中，所述滤光片的材料为N-BK7(n=1.5168)。
较佳的，在本实施例中，所述孔径光阑位于第八块透镜和第九块透镜之间，所述滤光片位于第十二块透镜与像平面之间，可以根据需要随时更换，起到滤光的作用。
本实施例是应用超大视场光学***的高阶像差理论及设计方法对光学***的各类像差进行解析分析后，有针对性地对各类像差进行优化，进而提出了上述技术方案。
特别的，在本实施例中，所述的第一块透镜具有负光焦度，朝向物方和像方的光学面均凸向物方，所述的第二块透镜具有负光焦度，朝向物方和像方的光学面均凸向物方，所述的第三块透镜具有负光焦度，朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方，所述的第四块透镜具有负光焦度，朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方，所述的第五块透镜具有正光焦度，朝向物方的光学面均凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方，所述的第六块透镜具有负光焦度，朝向物方和像方的光学面均凸向物方，所述的第七块透镜具有正光焦度，朝向物方的光学面均凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方，所述的第八块透镜具有负光焦度，朝向物方和像方的光学面均凸向像方，并与所述的第七块透镜组成双胶合透镜，所述的第九块透镜具有正光焦度，朝向物方的光学面均凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方，所述的第十块透镜具有正光焦度，朝向物方和像方的光学面均凸向像方，并与所述的第九块透镜组成双胶合透镜，所述的第十一块透镜具有负光焦度，朝向物方和像方的光学面均凸向物方，所述的第十二块透镜具有正光焦度，朝向物方的光学面均凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方，并与所述的第十二块透镜组成双胶合透镜。所述的孔径光阑位于第八块透镜和第九块透镜之间，起到调节成像光束宽度的作用，类似于照相机中的光圈，所述的滤光片位于第十二块透镜与像平面之间， 能够对特定的波长进行过滤，并可以根据实际需要对其进行更换。
本实施例的超广角、大孔径鱼眼镜头光学***结构参数见表1。
表1
光学表面 半径(mm) 厚度(mm) 折射率 材料
1 50.127 0.966 1.5168 N-BK7
2 12.970 11.086
3 49.505 0.955 1.5168 N-BK7
4 14.597 4.585
5 -3915.982 0.987 1.5168 N-BK7
6 20.170 24.794
7 -20.854 0.960 1.6209 SK51
8 15.562 0.558
9 16.653 2.982 1.7282 SF10
10 -41.784 7.475
11 26.765 5.861 1.6483 SF12
12 8.556 0.717
13 7.777 5.545 1.5233 D263TECO
14 -11.175 0.970 1.7731 LAFN28
15 -47.147 0.306
16(孔径光阑) 无限 2.987
17 75.473 3.605 1.5182 K3
18 -5.713 1.233 1.8061 P-LASF47
19 -16.676 0.328
20 30.011 0.954 1.7174 SF1
21 14.732 3.750 1.5168 N-BK7
22 -13.330 1.484
23 无限 1.212 1.5168 N-BK7
24 无限 17.844
25(像平面) 无限
在本实施例中，图2、图3和图4分别为一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学***的MTF曲线、相对照度和畸变图。从图2、图3和图4可以得到本实施例要求保护的超广角、大孔径鱼眼镜头光学***具有成像质量高、各种像差校正的到了一个非常好的水平，以及相对照度高、畸变非常小的特点。
借助于发实施例的上述技术方案，可以使得镜头的像面均匀性更好，成像质量更高，结构紧凑，更加便于加工和安装。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学***，其特征在于：沿光轴的方向，从物方至像方依次包括有具有负光焦度的前组光学***和具有正光焦度的后组光学***；
所述前组光学***在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第一块透镜、负光焦度的第二块透镜和负光焦度的第三块透镜；
所述后组光学***在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第四块透镜、正光焦度的第五块透镜、负光焦度的第六块透镜、正光焦度的第七块透镜、负光焦度的第八块透镜、孔径光阑、正光焦度的第九块透镜、负光焦度的第十块透镜、负光焦度的第十一块透镜、正光焦度的第十二块透镜和滤光片；
其中，所述第七块透镜与第八块透镜组合成双胶合透镜，所述第九块透镜与第十块透镜组合成双胶合透镜，所述第十一块透镜与第十二块透镜组合成双胶合透镜；
其中，所述第一块透镜、第二块透镜、第三块透镜、第四块透镜、第五块透镜、第六块透镜、第七块透镜、第八块透镜、第九块透镜、第十块透镜、第十一块透镜、第十二块透镜的材料分别为N-BK7、N-BK7、N-BK7、SK51、SF10、SF12、D263TECO、LAFN28、K3、P-LASF47、SF1、N-BK7；
其中，所有透镜均不采用非球面设计。
2.根据权利要求1所述的一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学***，其特征在于：所述光学***的镜头的视场角为160°，总焦距为3.212mm，F数为2.8，总长度为102.144mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。
3.根据权利要求1所述的一种超广角、大孔径鱼眼镜头光学***，其特征在于：所述滤光片的材料为N-BK7。
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