CN103852862B - 一种多功能鱼眼镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明记载了一种多功能鱼眼镜头，包括透镜组，该透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜，第四透镜和第五透镜之间设置有光阑；第一透镜、第二透镜、第三透镜、第五透镜的焦距均为负；第四透镜、第六透镜以及第七透镜的焦距均为正。透镜组满足以下条件：所述第一透镜满足：Nd>1.75，Vd？>35；所述第四透镜满足：Nd>1.75，Vd>30；所述第五透镜满足：Nd>1.82；所述第六透镜满足：Vd>35；即本发明能够在F/no小于2的大相对孔径前提下实现185度超大视场，同时在185度视场处实现80%以上相对照度，能够输出300W像素高清晰度像质，同时保持红外和可见光焦点位置大致相同，实现共焦。
Description
技术领域
本发明涉及一种成像光学系统，尤其涉及一种多功能鱼眼镜头。
背景技术
180度超广角是适应安防、车载、视频会议需要提出的镜头技术规格，但随着镜头视场角变大、乃至超过180度，周边光亮比会随之减少，画面周边会存在较暗的缺陷；并且，市面上常见的6片式结构通过牺牲像质来提高第一枚弯月形透镜的可加工性，从而无法输出高像质。而大相对孔径是适应安防、车载、视频会议的需求，对于镜头提出的要求。大相对孔径可以提高像面照度。但市面上的类似镜头，随着相对孔径的增大、像质随之变差。同时，红外共焦是目前中国市场车载、安防行业提出的新要求。也就是同一款镜头在不可调焦的前提下，实现可见、红外同时成清晰像。
目前市场上的镜头，无法同时满足安防、车载、视频会议对于一款镜头同时具备大相对孔径、高周边光亮比、超180度广角、高周边光亮比、高分辨率、红外共焦的需求，除非采用更大的镜头尺寸、更多镜片和更为复杂的结构，但此种做法将会导致镜头的产生成本过高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种多功能鱼眼镜头，能够在F/no小于2的大相对孔径前提下实现185度超大视场，同时在185度视场处实现80%以上相对照度，能够输出300W像素高清晰度像质，同时保持红外和可见光焦点位置大致相同，实现共焦。
上述的一种多功能鱼眼镜头，包括透镜组，其特征在于，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜，所述第四透镜和第五透镜之间设置有光阑；
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第五透镜的焦距均为负，且第一透镜、第二透镜和第三透镜均为弯月形透镜并弯向像方；
所述第四透镜、第六透镜以及第七透镜的焦距均为正；
所述透镜组满足以下条件：
所述第一透镜满足：Nd>1.75，Vd>35；
所述第四透镜满足：Nd>1.75，Vd>30；
所述第五透镜满足：Nd>1.82；
所述第六透镜满足：Vd>35；
其中，Nd表示透镜材料的d光折射率，Vd表示透镜材料的d光阿贝常数。
上述装置中，所述第四透镜为高折射率厚透镜。
上述装置中，所述第五透镜为高折射率玻璃透镜。
上述装置中，所述第一透镜、第二透镜以及第六透镜为低色散玻璃透镜。
上述装置中，所述第五透镜和第六透镜组合成胶合镜。
上述装置中，所述胶合镜的胶合面弯向像方。
上述装置中，所述透镜组还包括滤光片。
上述装置中，所述滤光片位于第七透镜与像方之间。
本发明的优点和有益效果在于：本发明提供了一种多功能鱼眼镜头，通过一个包含7枚球面镜片的透镜组，即可实现大相对孔径、高周边光亮比、超180度广角、高分辨率、红外共焦的技术要求，最终达到了在提升性能的同时有效地降低了成本的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中多功能鱼眼镜头的结构示意图；
图2是本发明中多功能鱼眼镜头的MTF示意图；
图3是本发明中多功能鱼眼镜头的轴向色差示意图；
图4是本发明中多功能鱼眼镜头的像面弯曲图；
图5是本发明中多功能鱼眼镜头的相对照度图；
图6是本发明中多功能鱼眼镜头的光路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明记载了一种多功能鱼眼镜头，包括透镜组，且该透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6以及第七透镜7，所述第四透镜4和第五透镜5之间设置有光阑9；
其中，为了实现镜头多功能化，透镜组需满足以下条件：
第一透镜1为具有负焦距的弯月形透镜，并且满足：Nd>1.75，Vd>35；
第二透镜2也为为具有负焦距的弯月形透镜；
第三透镜3也为具有负焦距的弯月形透镜；
第四透镜4的焦距为正，并且满足：Nd>1.75，Vd>30；
第五透镜5的焦距为负，并且满足：Nd>1.82；
第六透镜6的焦距为正，并且满足：Vd>35；
第七透镜7的焦距为正。
其中，Nd表示透镜材料的d光折射率，Vd表示透镜材料的d光阿贝常数。
优选的，第四透镜4为高折射率厚透镜，第五透镜5为高折射率玻璃透镜，第一透镜1、第二透镜2以及第六透镜6的材质均采用低色散玻璃。
进一步的，第五透镜5和第六透镜6共同组合成胶合镜（未在图中标出），并且该胶合镜的胶合面弯向像方。
更进一步的，上述透镜组还包括一滤光片8，该滤光片8设置于第七透镜7与像方之间，以此来选取所需要的辐射波段。
以下提供一组数据，作为实施的一个案例：
| OBJ | Sphere | INF | Nd/Vd |
| 1 | 12.412 | 0.64 | 805897.4643 |
| 2 | 4.402 | 2.22 | |
| 3 | 13.2 | 0.5 | 732500.4962 |
| 4 | 3.43 | 1.99 | |
| 5 | 10.806 | 0.5 | 689160.5767 |
| 6 | 3.475 | 0.73 | |
| 7 | 8.096 | 3.15 | 922945.2083 |
| 8 | -12.922 | 1 | |
| Stop | INF | 0.87 | |
| 10 | 39.298 | 0.51 | 922945.2083 |
| 11 | 3.5 | 2.23 | 673000.5394 |
| 12 | -5.292 | 0.1 | |
| 13 | 7.792 | 1.62 | 658542.5345 |
| 14 | -12.775 | 4.65 | |
| IMG | INF | 0 |
图2是本发明中多功能鱼眼镜头的MTF示意图；MTF（ModulationTransferFunction）即调制传递函数，图中横轴表示空间频率，单位：线对每毫米（lp/mm）；纵轴表示调制传递函数（MTF）的数值，所述MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强。图2中包括衍射极限21，轴线22，0.4Field（40.00°）时的R线23和T线24，1.0Field（93.80°）时的R线25和T线26；从图2可见像质得到了很好的校正，可以轻松实现300万像素以上的输出性能。
图3是本发明中多功能鱼眼镜头的轴向色差示意图；一般要求横向色差在爱里斑范围内，由于光的波动性，光通过小孔会发生衍射，明暗相间的条纹衍射图样，条纹间距随小孔尺寸的减少而变大。大约有84%的光能量集中在中央亮斑，其余16%的光能量分布在各级明环上。衍射图样的中心区域有最大的亮斑，称为爱里斑。爱里斑的角度与波长(λ)及小孔的直径(d)满足关系：
sinθ=1.22λ/d；
其中，θ即第一暗环的衍射方向角（即从中央亮斑的中心到第一暗环对透镜光心的张角），因为θ角一般都很小，有sinθ≈θ，故θ≈1.22λ/d。
对于光学成像系统而言，用艾里斑直径衡量成像面分辨率的极限，艾里斑半径为r=1.22λf/d；
如果横向色差过大，会发现成像面上色彩不均匀。从图3可以看出，不同频率的光线的横向色差大部分都在艾利斑范围内，成像色差相对均匀，即轴向色差得到了很好的校正，可以不调焦而实现清晰像。
图4是本发明中多功能鱼眼镜头的像面弯曲示意图；畸变是镜头的一个重要性能参数，畸变越大，拍摄一条直线时，这条直线就越弯曲，如果畸变存在一个甚至多个拐点，看到的直线会变成弯弯曲曲的线，这种畸变是很难被人所接受的。从图3可见像面弯曲得到了较好的校正，虽然有着广角视场，但是全视场像质较为均匀。
图5是本发明中多功能鱼眼镜头的相对照度图；如图5可见在全视场能够保持60%以上的相对照度，使得像面整体均匀，避免了市面上一些镜头周边较暗的缺点。
图6是本发明中多功能鱼眼镜头的光路图；如图6所示，来自与透镜组中心轴的光线在经过折射后将会聚焦于所成影像的中心区域（本实施例中选取CMOS感光元件来成像，以便可以更好的控制成本）；
而来自其他方向的光线则在经过折射后分别聚焦于感光元件上，其中，入射角与透镜组中心轴之间角度越大的光线，其聚焦点也越靠近所成影像的边缘，并最终形成倒立的影像。
进一步的，入射角与透镜组中心轴为垂直关系的入射光线，其聚焦点则位于所成影像的边缘。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多功能鱼眼镜头，包括透镜组，其特征在于，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜，所述第四透镜和第五透镜之间设置有光阑；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第五透镜的焦距均为负，且第一透镜、第二透镜和第三透镜均为弯月形透镜并凹面朝向像方；所述第四透镜、第六透镜以及第七透镜的焦距均为正；
所述透镜组满足以下条件：
所述第一透镜满足：Nd>1.75，Vd>35；
所述第四透镜满足：Nd>1.75，Vd>30；
所述第五透镜满足：Nd>1.82；
所述第六透镜满足：Vd>35；
其中，Nd表示透镜材料的d光折射率，Vd表示透镜材料的d光阿贝常数。
2.如权利要求1所述的一种多功能鱼眼镜头，其特征在于，所述第二透镜为低色散玻璃透镜。
3.如权利要求1所述的一种多功能鱼眼镜头，其特征在于，所述第五透镜和第六透镜组合成胶合镜。
4.如权利要求3所述的一种多功能鱼眼镜头，其特征在于，所述胶合镜的胶合面凹面朝向像方。
5.如权利要求1所述的一种多功能鱼眼镜头，其特征在于，所述透镜组还包括滤光片。
6.如权利要求5所述的一种多功能鱼眼镜头，其特征在于，所述滤光片位于第七透镜与像方之间。
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