CN116088141B

CN116088141B - 鱼眼镜头

Info

Publication number: CN116088141B
Application number: CN202310184541.3A
Authority: CN
Inventors: 章彬炜; 肖文俊; 左勇
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2023-03-01
Filing date: 2023-03-01
Publication date: 2023-08-08
Anticipated expiration: 2043-03-01
Also published as: CN116088141A

Abstract

本发明公开了一种鱼眼镜头，该鱼眼镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；光阑；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面。本发明提供的鱼眼镜头具有大视场、大光圈、高分辨率的优点。

Description

鱼眼镜头

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种鱼眼镜头。

背景技术

近年来，随着成像镜头技术的发展，镜头的光学性能方面已基本满足大众需求。但相关领域如安防领域，对镜头成像范围的要求越来越高，视场范围有限的常规镜头已无法满足该领域大视场拍摄的应用需求。鱼眼镜头作为一种基于仿生学的超广角镜头，在保证一定的成像分辨率的同时，具备大视场拍摄的能力。基于此，开发出一款具有大视场、大光圈、高分辨率的鱼眼镜头成为主流。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种鱼眼镜头，至少具有大视场、大光圈、高分辨率拍摄的优点。

本发明提供了一种鱼眼镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凸面；光阑；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面，所述第五透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面为凸面，所述第六透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面；所述鱼眼镜头满足以下条件式：；其中，R1表示所述第一透镜物侧面的曲率半径，R2表示所述第一透镜像侧面的曲率半径。

更进一步，所述第一透镜的有效焦距f1与所述第二透镜的有效焦距f2满足：。

更进一步，所述鱼眼镜头的最大半视场角对应的像高IH与所述鱼眼镜头的有效焦距f满足：。

更进一步，所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的空气间距T12与所述鱼眼镜头的光学总长TTL满足：。

更进一步，所述第二透镜的有效焦距f2与所述鱼眼镜头的有效焦距f满足：。

更进一步，所述第三透镜的材料阿贝数Vd3与所述第三透镜的有效焦距f3满足：。

更进一步，所述第四透镜在光轴上的中心厚度CT4与所述第四透镜的边缘厚度ET4满足：。

更进一步，所述第五透镜的物侧面与光轴的交点至所述第五透镜的物侧面的最大有效半口径顶点的轴上距离SAG51与所述第五透镜的像侧面与光轴的交点至所述第五透镜的像侧面的最大有效半口径顶点的轴上距离SAG52满足：。

更进一步，所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距f456与所述鱼眼镜头的有效焦距f满足：。

更进一步，所述第七透镜的有效焦距f7与所述鱼眼镜头的有效焦距f满足：。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供的鱼眼镜头，采用七片具有特定光焦度的镜片，并且采用特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得镜头具有大视场角、大光圈及高分辨率拍摄的功能。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一实施例的鱼眼镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的鱼眼镜头的场曲曲线图；

图3为本发明第一实施例的鱼眼镜头的F-Theta畸变曲线图；

图4为本发明第一实施例的鱼眼镜头的垂轴色差曲线图；

图5为本发明第二实施例的鱼眼镜头的结构示意图；

图6为本发明第二实施例的鱼眼镜头的场曲曲线图；

图7为本发明第二实施例的鱼眼镜头的F-Theta畸变曲线图；

图8为本发明第二实施例的鱼眼镜头的垂轴色差曲线图；

图9为本发明第三实施例的鱼眼镜头的结构示意图；

图10为本发明第三实施例的鱼眼镜头的场曲曲线图；

图11为本发明第三实施例的鱼眼镜头的F-Theta畸变曲线图；

图12为本发明第三实施例的鱼眼镜头的垂轴色差曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

本发明提出了一种鱼眼镜头，该鱼眼镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜，第二透镜，第三透镜，光阑，第四透镜，第五透镜，第六透镜，第七透镜以及滤光片。

其中，第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凸面；第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第四透镜的像侧面为凸面；第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面为凹面，第五透镜的像侧面为凹面；第六透镜具有正光焦度，第六透镜的物侧面为凸面，第六透镜的像侧面为凸面；第七透镜具有负光焦度，第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，HFOV表示所述鱼眼镜头的最大半视场角，DIS表示所述鱼眼镜头的光学畸变，FNO表示所述鱼眼镜头的光圈大小。同时满足上述条件式（1）至（3），能够保证鱼眼镜头同时具备超广角、大光圈、小畸变和高分辨率拍摄的功能。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，R1表示所述第一透镜物侧面的曲率半径，R2表示所述第一透镜像侧面的曲率半径。满足上述条件式（4），通过合理控制第一透镜的面型，有利于使第一透镜收集更大角度的光线进入后方，且有利于在提升镜头解像的同时实现镜头的小型化，同时可以保证第一透镜物侧面及像侧面的倾斜角度不会过大，有利于镜片的加工制造。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距。满足上述条件式（5），通过合理调整第一透镜和第二透镜的焦距，有利于提升鱼眼镜头的可视角度，同时设置第一透镜具有负屈折力，有利于保证镜头具有足够的后焦长度，避免镜头与芯片干涉。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，IH表示所述鱼眼镜头的最大半视场角对应的像高，f表示所述鱼眼镜头的有效焦距。同时满足上述条件式（6）和（7），有利于保证鱼眼镜头具有较大靶面，提升镜头分辨率，同时使得镜头在大靶面的情况下有更大的视场角，有利于实现镜头高像素与超广角的均衡。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，T12表示所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的空气间距；TTL表示所述鱼眼镜头的光学总长。满足上述条件式（8），通过合理控制第一透镜与第二透镜于光轴上的空气间距，有利于入射光线平稳过渡，提升鱼眼镜头的像质，同时在满足加工的同时，有利于缩短镜头的总长。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f表示所述鱼眼镜头的有效焦距。满足上述条件式（9），能够合理控制第二透镜光焦度的贡献率，有利于控制边缘光线的偏折角，使得光线经过各透镜时偏折均匀，有利于矫正***球差。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，Vd3表示所述第三透镜的材料阿贝数，f3表示所述第三透镜的有效焦距。满足上述条件式（10），能够合理控制第三透镜的折射率，有利于缩短鱼眼镜头的总长，实现镜头的小型化。同时，第三透镜采用玻璃材料，有利于抑制鱼眼镜头后焦随温度变化的偏移，提高***稳定性，同时可避免因使用环境中高、低温温度变化造成的镜头成像模糊，影响镜头的正常使用。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，CT4表示所述第四透镜在光轴上的中心厚度，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度。满足上述条件式（11），能够合理控制第四透镜的面型，有利于降低镜头成型难度，提高生产良率。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，SAG51表示所述第五透镜的物侧面与光轴的交点至所述第五透镜的物侧面的最大有效半口径顶点的轴上距离，SAG52表示所述第五透镜的像侧面与光轴的交点至所述第五透镜的像侧面的最大有效半口径顶点的轴上距离。满足上述条件式（12），能够合理分配矢高，控制第五透镜的面型，有利于校正鱼眼镜头的场曲，提高成像质量，同时有利于满足透镜成型工艺。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，f456表示所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距，f表示所述鱼眼镜头的有效焦距。满足上述条件式（13），合理控制第四透镜、第五透镜、第六透镜的组合焦距为正，其所具有的负球差可与具有负光焦度的第七透镜具有的正球差均衡，有利于提升鱼眼镜头的中心成像质量。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，R61表示所述第六透镜物侧面的曲率半径，R62表示所述第六透镜像侧面的曲率半径。满足上述条件式（14），能够合理控制第六透镜的面型，减缓光线曲折度，有利于校正鱼眼镜头的光学畸变。

在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

其中，f7表示所述第七透镜的有效焦距，f表示所述鱼眼镜头的有效焦距。满足上述条件式（15），能够合理控制第七透镜的焦距，有利于校正鱼眼镜头的畸变与像差。

在一些实施方式中，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜可均为非球面透镜。采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而提升镜头的成像质量。

在一些实施方式中，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜可均为塑料透镜。采用塑料制作光学透镜，有利于减小镜头的制作成本和镜头重量。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中，鱼眼镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

在本发明各个实施例中，各个透镜的非球面面型均满足如下方程式：

；

其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为二次曲面系数，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

第一实施例

如图1所示，为本发明第一实施例提供的鱼眼镜头100的结构示意图，该鱼眼镜头100沿光轴从物侧到成像面S17依次包括：第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3，光阑ST，第四透镜L4，第五透镜L5，第六透镜L6，第七透镜L7和滤光片G1。

其中，第一透镜L1具有负光焦度的玻璃球面透镜，第一透镜的物侧面S1为凸面，第一透镜的像侧面S2为凹面；第二透镜L2具有负光焦度的塑料非球面透镜，第二透镜的物侧面S3在近光轴处为凸面，第二透镜的像侧面S4为凹面；第三透镜L3具有正光焦度的玻璃球面透镜，第三透镜的物侧面S5为凸面，第三透镜的像侧面S6为凸面；第四透镜L4具有正光焦度的塑料非球面透镜，第四透镜的物侧面S7在近光轴处为凸面，第四透镜的像侧面S8为凸面；第五透镜L5具有负光焦度的塑料非球面透镜，第五透镜的物侧面S9为凹面，第五透镜的像侧面S10为凹面；第六透镜L6具有正光焦度的塑料非球面透镜，第六透镜的物侧面S11为凸面，第六透镜的像侧面S12为凸面；第七透镜L7具有负光焦度的塑料非球面透镜，第七透镜的物侧面S13在近光轴处为凸面，第七透镜的像侧面S14在近光轴处为凹面；滤光片G1的物侧面为S15、像侧面为S16。

具体的，本发明第一实施例提供的鱼眼镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示，其中R代表曲率半径（单位：毫米），d代表光学表面间距（单位：毫米），N_d代表材料的d线折射率，V_d代表材料的阿贝数，焦距的单位为毫米。

表1

本实施例中的鱼眼镜头100的各非球面的面型系数如表2所示。

表2

在本实施例中，鱼眼镜头100的场曲曲线、F-Theta畸变和垂轴色差的曲线图分别如图2、图3和图4所示。

图2的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。其中，图2中横轴表示偏移量（单位：毫米），纵轴表示视场角（单位：度）。从图2中可看出两个方向像面的场曲控制在±0.10mm以内，说明鱼眼镜头100的场曲矫正良好。

图3的畸变曲线表示成像面上不同像高处的F-Theta畸变。其中，图3中横轴表示F-Theta畸变百分比，纵轴表示视场角（单位：度）。从图中可以看出光学畸变控制在±5.0%以内，说明鱼眼镜头100的畸变得到良好的矫正。

图4的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长（0.555um）在成像面上不同像高处的色差。其中，图4中横轴表示各波长相对中心波长的垂轴色差值（单位：微米），纵轴表示归一化视场角。从图4中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±5.0um以内，说明该鱼眼镜头100能够有效矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。从图2、图3、图4可以看出，鱼眼镜头100的像差得到较好的平衡，光学成像质量良好。

第二实施例

本实施例提供的鱼眼镜头200的结构示意图请参阅图5，本实施例中的鱼眼镜头200的结构与第一实施例中的鱼眼镜头100的结构基本相同，不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。

本实施例提供的鱼眼镜头200中各个镜片的相关参数如表3所示。

表3

本实施例中的鱼眼镜头200的各非球面的面型系数如表4所示。

表4

在本实施例中，鱼眼镜头200的场曲曲线、F-Theta畸变和垂轴色差的曲线图分别如图6、图7和图8所示。从图6中可以看出，子午像面与弧矢像面的场曲控制在±0.14mm以内，说明鱼眼镜头200的场曲矫正良好。从图7中可以看出，光学畸变控制在±6.0%以内，说明鱼眼镜头200的畸变得到良好的矫正。从图8中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±5.0um以内，说明该鱼眼镜头200能够有效矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。从图6、图7、图8可以看出，鱼眼镜头200的像差得到较好的平衡，光学成像质量良好。

第三实施例

本实施例提供的鱼眼镜头300的结构示意图请参阅图9，本实施例中的鱼眼镜头300的结构与第一实施例中的鱼眼镜头100的结构基本相同，不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。

本实施例提供的鱼眼镜头300中各个镜片的相关参数如表5所示。

表5

本实施例中的鱼眼镜头300的各非球面的面型系数如表6所示。

表6

在本实施例中，鱼眼镜头300的场曲曲线、F-Theta畸变和垂轴色差的曲线图分别如图10、图11和图12所示。从图10中可以看出，子午像面与弧矢像面的场曲控制在±0.05mm以内，说明鱼眼镜头300的场曲矫正良好。从图11中可以看出，光学畸变控制在±5.0%以内，说明鱼眼镜头300的畸变得到良好的矫正。从图12中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±5.0um以内，说明该鱼眼镜头300能够有效矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。从图10、图11、图12可以看出，鱼眼镜头300的像差得到较好的平衡，光学成像质量良好。

表7是上述三个实施例对应的光学特性，主要包括鱼眼镜头的有效焦距f、光学总长TTL、最大半视场角HFOV、最大半视场角对应的像高IH，以及与上述每个条件式对应的数值。

表7

综上，本发明提供的鱼眼镜头具有以下优点：

（1）在保证镜头分辨率足够的同时，实现大光圈、大视场角、小畸变拍摄。

（2）采用七片具有特定光焦度的镜片，通过特定的表面形状搭配，能够较好地矫正镜头的畸变、色差及像差，使得镜头具有较高的成像质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种鱼眼镜头，共七片透镜，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次包括：

具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的像侧面为凹面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凸面；

光阑；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面，所述第五透镜的像侧面为凹面；

具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面为凸面，所述第六透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

所述鱼眼镜头满足以下条件式：

3.3＜R1/R2＜4.2；

98°<HFOV<105°；

4°<HFOV*DIS<6°；

1.3<FNO<1.8；

其中，R1表示所述第一透镜物侧面的曲率半径，R2表示所述第一透镜像侧面的曲率半径；HFOV表示所述鱼眼镜头的最大半视场角，DIS表示所述鱼眼镜头的光学畸变，FNO表示所述鱼眼镜头的光圈大小。

2.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

0.65<f1/f2<0.90；

其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距。

3.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

1.70<IH/f<1.85；

其中，IH表示所述鱼眼镜头的最大半视场角对应的像高，f表示所述鱼眼镜头的有效焦距。

4.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

0.13＜T12/TTL＜0.16；

其中，T12表示所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的空气间距；TTL表示所述鱼眼镜头的光学总长。

5.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

3.7<|f2/f|<4.7；

其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f表示所述鱼眼镜头的有效焦距。

6.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

10mm^-1<Vd3/f3<17mm^-1；

其中，Vd3表示所述第三透镜的材料阿贝数，f3表示所述第三透镜的有效焦距。

7.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

2.5<CT4/ET4<4.5；

其中，CT4表示所述第四透镜在光轴上的中心厚度，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度。

8.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

0.60<SAG51/SAG52<0.72；

其中，SAG51表示所述第五透镜的物侧面与光轴的交点至所述第五透镜的物侧面的最大有效半口径顶点的轴上距离，SAG52表示所述第五透镜的像侧面与光轴的交点至所述第五透镜的像侧面的最大有效半口径顶点的轴上距离。

9.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

1.6<f456/f<2.0；

其中，f456表示所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距，f表示所述鱼眼镜头的有效焦距。

10.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：

-3.5<f7/f<-2.4；

其中，f7表示所述第七透镜的有效焦距，f表示所述鱼眼镜头的有效焦距。