CN108983394A - 一种鱼眼镜头***、图像获取器件 - Google Patents

一种鱼眼镜头***、图像获取器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种鱼眼镜头***、图像获取器件，包括：第一类透镜组，具有若干球面透镜；第二类透镜组，具有若干非球面透镜；非球面透镜设置于球面透镜的靠近成像界面的一侧；光线从第一类透镜组入射并穿过第二类透镜组而投射到成像界面上形成目标图像。本发明中，由于第二类透镜组为非球面透镜，能够减小图像畸变，以提高目标图像的分辨率，并且能够减小光线到达成像界面的路径，从而减少鱼眼镜头采用的透镜数量，缩小鱼眼镜头整体的体积。因此，采用本发明的鱼眼镜头所形成的目标图像的畸变较小，目标图像的边缘较为均匀，使得后续对该目标图像的畸变修正更加容易。

Description

一种鱼眼镜头***、图像获取器件
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种鱼眼镜头***以及图像获取器件。
背景技术
随着科技的发展，常规镜头由于视场受限而不能满足人们的需求。鱼眼镜头是一种基于仿生学的超广角镜头，通过引入桶形畸变，对物理空间进行压缩形变，从而能够获得180～270度的超广角成像。
然而，相对于传统光学***，鱼眼镜头的光学结构比较复杂，因此对初始结构的设计要求更高。但是，在普通可见光谱区域应用的鱼眼镜头，被公开披露的***类型、结构参数都很少，因而加大了初始结构的设计难度。特别是鱼眼镜头的畸变，会导致原始图像失真，需要对鱼眼镜头进行畸变矫正。可是，鱼眼镜头的畸变很大，对鱼眼镜头进行畸变校正的难度和复杂度就越高。这无疑增加了生产时间和生产成本。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种鱼眼镜头***，从而能够减小镜头畸变，降低畸变矫正难度。
为了达到上述目的，本发明提供了一种鱼眼镜头***，包括：
第一类透镜组，具有若干球面透镜；
第二类透镜组，具有若干非球面透镜；第二类透镜组设置于靠近成像界面的一侧；光线从第一类透镜组入射并穿过第二类透镜组而投射到成像界面上形成目标图像。
在一实施例中，所述第一类透镜组具有三个球面透镜，所述第二类透镜组具有两个非球面透镜；三个球面透镜和两个非球面透镜沿着光入射方向依次为第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第一非球面透镜和第二非球面透镜。
在一实施例中，第一球面透镜的折射率大于第三球面透镜的折射率，第二球面透镜的折射率大于第三球面透镜的折射率；第一非球面透镜的折射率小于第二非球面透镜的折射率。
在一实施例中，第一球面透镜的折射率大于第二球面透镜的折射率。
在一实施例中，第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四非球面透镜和第五非球面透镜中入射光入射表面的中心到所述成像界面之间的距离与目标图像高度形成的比例为：(47～49):(33～35):(24～26):(20～23):(10～11):(12～13)。
在一实施例中，所述第一类透镜组中的最外侧的球面透镜表面构成鱼眼镜头***的外表面，所述外表面的中心与所述成像界面之间的距离为目标图像高度的3～4倍。
在一实施例中，第一类透镜组中依次具有三个球面透镜，这三个球面透镜的入射光入射表面的曲率半径比例为(8～10):(6～7):(4～3)。
在一实施例中，第一类透镜组中依次具有三个球面透镜，这三个球面透镜的入射光出射表面的曲率半径比例为(14～15):(5～6):(7～8)。
在一实施例中，第一类透镜组中依次具有三个球面透镜，这三个透镜的中心厚度的比例依次为(2～3):(4～5):(1～2)。
在一实施例中，第二类透镜组中依次具有两个非球面透镜，这两个非球面透镜的入射光入射表面的曲率半径比例为1:(23～24)。
在一实施例中，第二类透镜组中依次具有两个非球面透镜，这两个非球面透镜的入射光出射表面的曲率半径比例为(2～3):1。
在一实施例中，第二类透镜组中依次具有两个非球面透镜，这两个非球面透镜的中心厚度的比例为(4～5):(2～3)。
在一实施例中，在第二类透镜组的若干非球面透镜之间设置有消光镜，用于消除色差。
在一实施例中，所述消光镜由一凸面镜和一凹面镜胶合形成。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种图像获取器件，包括上述的鱼眼镜头***；以及用于接收目标图像的图像拾取部件。
本发明的一种鱼眼镜头***，通过设置第一类透镜组的多个球面透镜和第二类透镜组的多个非球面透镜，利用球面透镜的负屈光和非球面透镜的正屈光，从而使得入射光线经第一类透镜组的多个球面透镜汇聚后，继续采用第二类透镜组的非球面透镜进行汇聚，并且非球面透镜不仅起到汇聚光线作用，还起到将汇聚光线再次发散的作用，从而使得入射光线能够对准成像界面形成目标图像。进一步的，沿着入射光方向，在第一类透镜组之后设置第二类透镜组，由于第二类透镜组为非球面透镜，能够减小图像畸变，以提高目标图像的分辨率，并且能够减小光线到达成像界面的路径，从而减少鱼眼镜头采用的透镜数量，缩小鱼眼镜头整体的体积。这样，采用本发明的鱼眼镜头所形成的目标图像的畸变较小，目标图像的边缘较为均匀，使得后续对该目标图像的畸变修正更加容易。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的鱼眼镜头***的结构示意图
图2为本发明的一个较佳实施例的鱼眼镜头***的入射角和目标图像半高的关系示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
本发明的鱼眼镜头***，沿着入射光方向依次设置了第一类透镜组和第二类透镜组。第一类透镜组采用若干球面透镜；第二类透镜组采用若干非球面透镜，从而使得光线从第一类透镜组入射并穿过第二类透镜组而投射到成像界面上形成目标图像。
以下结合附图1～2和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图1，本实施例中，第一类透镜组1采用了三个球面透镜，第二类透镜组2采用了两个非球面透镜。
三个球面透镜和两个非球面透镜沿着光入射方向依次为第一球面透镜101、第二球面透镜102、第三球面透镜103、第一非球面透镜201和第二非球面透镜202。
这里，由于成像界面M和第一球面透镜101表面之间的距离是固定的，成像界面M和目标图像的尺寸是固定的，因此，根据成像界面M和第一球面透镜101表面之间的距离和目标图像的尺寸，可以设置第一类透镜组1和第二类透镜组2中相邻透镜之间的间距、以及每个透镜与成像界面M之间的距离，从而使得最终形成的目标图像完全位于成像界面M上。整个鱼眼镜头***中，第一类透镜组1和第二类透镜组2的数量可以任意设置，然而，透镜的数量越大，越不利于鱼眼镜头***的整体体积小型化和质量轻微化，会造成携带不方便。因此，本实施例中，采用球面透镜和非球面透镜的组合，利用非球面透镜来减小畸变、缩短光路路径和缩小鱼眼镜头***体积。
为了能够更好的达到上述效果，这里可以设置各个透镜的折射率关系，从而获得光路路径更短、图像畸变更小的鱼眼镜头***。较佳的，可以设置为：第一球面透镜101的折射率大于第三球面透镜103的折射率，第二球面透镜102的折射率大于第三球面透镜103的折射率；第一非球面透镜201的折射率小于第二非球面透镜202的折射率。为了进一步减小光路路径，减小畸变，还可以进一步设置第一球面透镜101的折射率大于第二球面透镜102的折射率。此外还可以设置，第一球面透镜101、第二球面透镜102、第三球面透镜103、第四非球面透镜104和第五非球面透镜105中入射光入射表面的中心到成像界面M之间的距离与目标图像高度形成的比例为：(47～49):(33～35):(24～26):(20～23):(10～11):(12～13)。
这里，第一透镜组和第二透镜组的每个透镜的焦距公式采用：
其中，n为每个镜头所采用的材料折射率，d为每个镜头的厚度，R1为每个镜头的入射光入射表面的曲率半径，R2为每个镜头的入射光出射表面的曲率半径。
为了进一步减小目标图像的畸变率，降低后续畸变修正的难度，使得目标图像的边缘轮廓更加均匀，相同角度的入射光线所形成的目标图像的像高相等，入射光线的角度与所形成的目标图像的像高呈线性正比关系，本实施例中，请参阅附图2，较佳的，入射光的入射角度ANGLE与目标图像的半高H之间的关系可以满足：0.1<＝H/ANGLE<＝0.15。并且还可以设置：第一类透镜组1中的最外侧的球面透镜也即是第一球面透镜101表面构成鱼眼镜头***的外表面，外表面的中心与成像界面M之间的距离可以为目标图像高度的3～4倍。
此外，球面透镜之间的关系可以设置如下：第一球面透镜101、第二球面透镜102和第三球面透镜103中朝向入射光一侧的表面曲率半径比例可以为(8～10):(6～7):(4～3)。第一球面透镜101、第二球面透镜102和第三球面透镜103中入射光出射表面的曲率半径比例可以为(14～15):(5～6):(7～8)。第一球面透镜101、第二球面透镜102和第三球面透镜103的中心厚度的比例依次可以为(2～3):(4～5):(1～2)。
非球面透镜的设置可以如下：第一非球面透镜201和第二非球面透镜202中入射光入射表面的曲率半径比例可以为1:(23～24)。第一非球面透镜201和第二非球面透镜202中入射光出射表面的曲率半径比例可以为(2～3):1。第一非球面透镜201和第二非球面透镜202的中心厚度的比例可以为(4～5):(2～3)。
此外，为了进一步消除色差，获得色彩更加准确的目标图像，还可以在第二类透镜组2的若干非球面透镜之间设置有消光镜3。较佳的，为了配合上述第一类透镜组1和第二类透镜组2的透镜的参数比例，进一步提高成像质量，缩小光路路径，消光镜3可以由一凸面镜301和一凹面镜302胶合形成，并且还可以设置消光镜3的折射率小于第一非球面透镜201的折射率。消光镜3的凸面镜301的曲率半径可以为凹面镜302的曲率半径的25倍以上，较佳的凸面镜301的曲率半径可以为57～58mm，凹面镜302的曲率半径可以为3～4mm。
如表一所示，为本实施例中较佳的第一类透镜组1、第二类透镜组2和消光镜3的各个表面的曲率半径列表。
表一
这里还可以在第二类透镜组中的非球面透镜之间还设置有光圈。
需要说明的是，本实施例中，第一类透镜组和第二类透镜组中的透镜的材料采用玻璃材质。
采用上述的鱼眼镜头***，相同角度的入射光线所形成的目标图像的像高相等，入射光线的角度与所形成的目标图像的像高呈线性正比关系，从鱼眼镜头的镜面中心到边缘的入射光与形成的像高之间具有等角度等像高关系，使得目标图像的边缘轮廓更加均匀，如表二所示，入射光相同角度递增时，所形成的图像的像高也呈等距递增。从而减小目标图像的畸变率，降低后续畸变修正的难度。
表二中，鱼眼镜头***的视角为200°，设第一球面透镜的球面上，沿中心向边缘的方向上，入射光位置分别为：中心L1，中心到边缘之间的1/4的位置L2，中心到边缘之间的一半的位置L3，中心到边缘之间的3/4的位置L4。具体对应的像高列表如下：
表二
表二中，入射光的入射角度等比例增加时，在成像界面M上形成的像高也呈等比例增加，入射光的入射角度等差增加时，在成像界面M上形成的像高也呈等距增加，从而使得形成的目标图像的边缘更加均匀，边缘畸变减小，降低了后续的畸变修正的难度。
此外，本发明还提供了一种图像获取器件，包括上述的鱼眼镜头***；以及用于接收目标图像的图像拾取部件。
综上所述，本发明通过设置第一类透镜组的多个球面透镜和第二类透镜组的多个非球面透镜，利用球面透镜的负屈光和非球面透镜的正屈光，从而使得入射光线经第一类透镜组的多个球面透镜汇聚后，继续采用第二类透镜组的非球面透镜进行汇聚，并且非球面透镜不仅起到汇聚光线作用，还起到将汇聚光线再次发散的作用，从而使得入射光线能够对准成像界面形成目标图像。进一步的，沿着入射光方向，在第一类透镜组之后设置第二类透镜组，由于第二类透镜组为非球面透镜，能够减小图像畸变，以提高目标图像的分辨率，并且能够减小光线到达成像界面的路径，从而减少鱼眼镜头采用的透镜数量，缩小鱼眼镜头整体的体积。这样，采用本发明的鱼眼镜头所形成的目标图像的畸变较小，目标图像的边缘较为均匀，使得后续对该目标图像的畸变修正更加容易。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (16)

1.一种鱼眼镜头***，其特征在于，包括：
第一类透镜组(1)，具有若干球面透镜；
第二类透镜组(2)，具有若干非球面透镜；第二类透镜组(2)设置于靠近成像界面(M)的一侧；光线从第一类透镜组(1)入射并穿过第二类透镜组(2)而投射到成像界面(M)上形成目标图像。
2.根据权利要求1所述的鱼眼镜头***，其特征在于，所述第一类透镜组(1)具有三个球面透镜，所述第二类透镜组(2)具有两个非球面透镜；三个球面透镜和两个非球面透镜沿着光入射方向依次为第一球面透镜(101)、第二球面透镜(102)、第三球面透镜(103)、第一非球面透镜(201)和第二非球面透镜(202)。
3.根据权利要求2所述的鱼眼镜头***，其特征在于，第一球面透镜(101)的折射率大于第三球面透镜(103)的折射率，第二球面透镜(102)的折射率大于第三球面透镜(103)的折射率；第一非球面透镜(201)的折射率小于第二非球面透镜(202)的折射率。
4.根据权利要求2所述的鱼眼镜头***，其特征在于，第一球面透镜(101)的折射率大于第二球面透镜(102)的折射率。
5.根据权利要求2所述的鱼眼镜头***，其特征在于，第一球面透镜(101)、第二球面透镜(102)、第三球面透镜(103)、第四非球面透镜(201)和第五非球面透镜(202)中入射光入射表面的中心到所述成像界面(M)之间的距离与目标图像高度形成的比例为：(47~49) :(33~35):(24~26) :(20~23):(10~11) :(12~13)。
6.根据权利要求1所述的鱼眼镜头***，其特征在于，所述第一类透镜组(1)中的最外侧的球面透镜表面构成鱼眼镜头***的外表面，所述外表面的中心与所述成像界面(M)之间的距离为目标图像高度的3~4倍。
7.根据权利要求1所述的鱼眼镜头***，其特征在于，入射光的入射角度与目标图像的半高之间的关系可以满足：0.1 <=H/ANGLE <=0.15 ，其中，H为目标图像的半高，ANGLE为入射光的入射角度。
8.根据权利要求2所述的鱼眼镜头***，其特征在于，第一球面透镜(101)、第二球面透镜(102)、第三球面透镜(103)中入射光入射表面的曲率半径比例为(8~10):(6~7):(4~3)。
9.根据权利要求2所述的鱼眼镜头***，其特征在于，第一球面透镜(101)、第二球面透镜(102)、第三球面透镜(103)中入射光出射表面的曲率半径比例为(14~15):(5~6):(7~8)。
10.根据权利要求2所述的鱼眼镜头***，其特征在于，第一球面透镜(101)、第二球面透镜(102)、第三球面透镜(103)的中心厚度的比例依次为(2~3):(4~5):(1~2)。
11.根据权利要求2所述的鱼眼镜头***，其特征在于，第一非球面透镜(201)和第二非球面透镜(202)中入射光入射表面的曲率半径比例为1: (23~24)。
12.根据权利要求2所述的鱼眼镜头***，其特征在于，第一非球面透镜(201)和第二非球面透镜(202)中入射光出射表面的曲率半径比例为(2~3):1。
13.根据权利要求2所述的鱼眼镜头***，其特征在于，第一非球面透镜(201)和第二非球面透镜(202)的中心厚度的比例为(4~5):(2~3)。
14.根据权利要求1~13任意一项所述的鱼眼镜头***，其特征在于，在第二类透镜组(2)的若干非球面透镜之间设置有消光镜(3)，用于消除色差。
15.根据权利要求14所述的鱼眼镜头***，其特征在于，所述消光镜(3)由一凸面镜(301)和一凹面镜(302)胶合形成。
16.一种图像获取器件，其特征在于，包括权利要求1所述的鱼眼镜头***；以及用于接收目标图像的图像拾取部件。
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