CN104880808A - 一种小透视畸变、超广角光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小透视畸变、超广角光学系统，从物侧至像侧依次包括有：第一透镜(1)，所述的第一透镜(1)为弯月形非球面透镜；第二透镜(2)，所述的第二透镜(2)为弯月形非球面透镜；第三透镜(3)，所述的第三透镜(3)为双凸形非球面透镜；光阑(11)；第四透镜(4)，所述的第四透镜(4)为弯月形非球面透镜；第五透镜(5)，所述的第五透镜(5)为弯月形球面透镜；第六透镜(6)，所述的第六透镜(6)为弯月形球面透镜；第七透镜(7)，所述的第七透镜(7)为双凸形非球面透镜；滤光片(22)；感光芯片(33)。本发明无畸变、透视畸变小、温漂低、广角大。

Description

一种小透视畸变、超广角光学系统

【技术领域】

本发明涉及一种光学系统，更具体地说是一种小透视畸变、超广角光学系统。

【背景技术】

目前车载、会议用光学镜头普遍存在这样的缺点：镜头畸变大，同时透视畸变也非常大、分辨率低、视场角不够大等等。

畸变一般包括1、枕形畸变，又称枕形失真，它是由镜头引起的画面向中间“收缩”的现象；2桶形畸变，又称桶形失真，是由镜头中透镜物理性能以及镜片组结构引起的成像画面呈桶形膨胀状的失真现象；3、线性畸变，又叫线性失真，比如拍摄建筑物或树木的时候，倾斜相机离得很近也能把整个结构拍摄下来。但是由于实际上平行的线条显得并不平行了，结果是建筑物或树木好像要倾倒下来似的。而透视畸变是指拍摄立体物体时，边缘画面出现明显不对称的情形，具体说明如下：如附图2所示，按照基本成像原理，方框AE在成像的时候，由于AE在一个平面内，设AE中点为O，所以它的投影A’E’也被中点O’平分，因此看起来比例关系是正确的,对称的。但是对于球这样的立体物体(如图3所示)，虽然球是圆对称的，可是在视场边缘，在投影成像中，对于这个球是把AB投影成像为A’B’，而AO对应的物理长度为CO，BO对应的物理长度为DO，虽然CO和DO都等于球的半径，但是其投影明显有BO远大于AO，并且越是在视场边缘，不对称的效果越明显，进而在投影成像中B’O’也明显大于A’O’。

现在只有少数镜头，在牺牲其它方面的情况下改善某个方面，比如为了实现小畸变，视场角就会随之减小，同时透视畸变也会变大；拍摄立体物体时，像面边缘的物体有明显的不对称变形，或者拍摄的范围非常小等，远远不能满足车载、会议用镜头要求的拍摄范围和画面的清晰度及真实性，所以目前还没有同时克服畸变大、透视畸变大、视场角小这些全部缺点的镜头。

因此，本发明应运而生。

【发明内容】

本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种小透视畸变、超广角光学系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种小透视畸变、超广角光学系统，其特征在于：从物侧至像侧依次包括有：

第一透镜，所述的第一透镜为弯月形非球面透镜；

第二透镜，所述的第二透镜为弯月形非球面透镜；

第三透镜，所述的第三透镜为双凸形非球面透镜；

光阑；

第四透镜，所述的第四透镜为弯月形非球面透镜；

第五透镜，所述的第五透镜为弯月形球面透镜；

第六透镜，所述的第六透镜为弯月形球面透镜；

第七透镜，所述的第七透镜为双凸形非球面透镜；

滤光片；

感光芯片。

如上所述的小透视畸变、超广角光学系统，其特征在于：所述的第一透镜朝向物侧和像侧的面均为扁圆形非球面；所述的第二透镜朝向物侧的一面为双曲线非球面，朝向像侧的一面为椭圆形非球面；所述的第三透镜朝向物侧的一面为双曲线非球面，朝向像侧的一面为扁圆形非球面；所述的第四透镜朝向物侧的一面为扁圆形非球面，朝向像侧的一面为双曲线非球面；所述的第七透镜朝向物侧的一面为扁圆形非球面，朝向像侧的一面为椭圆形非球面。

如上所述的小透视畸变、超广角光学系统，其特征在于：所述的第一透镜的光焦度为负，且凹面朝向像侧；所述的第二透镜的光焦度为负，且凹面朝向像侧；所述的第三透镜的光焦度为正；所述的第四透镜的光焦度为正，且凹面朝向物侧；所述的第五透镜的光焦度为负，且凹面朝向物侧；所述的第六透镜的光焦度为正；所述的第七透镜的光焦度为正。

如上所述的小透视畸变、超广角光学系统，其特征在于：所述的第一透镜、所述的第二透镜、所述的第三透镜、所述的第七透镜的材质均为光学塑料；所述的第四透镜、所述的第五透镜、所述的第六透镜的材质均为光学玻璃，且所述的第五透镜与第六透镜用光学胶水粘合在一起。

如上所述的小透视畸变、超广角光学系统，其特征在于：所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第七透镜非球面的表面形状满足以下方程： $Z={\mathrm{cy}}^2/\{1+\sqrt{[1-(1+k)c2y2]}\}+{\mathrm{\α}}_1{y}^2+{\mathrm{\α}}_2{y}^4+{\mathrm{\α}}_3{y}^6+{\mathrm{\α}}_4{y}^8+\mathrm{\α}$ ${y_{10}^5\mathrm{\α}}_6{y}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{y}^{14}{\mathrm{\α}}_8{y}^{16},$ 在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

1、本发明的视场角非常大，同时畸变很小，不会出现枕形失真，桶形失真和线性失真，目前市场上还没有能够同时满足大视场角，0畸变的镜头。

2、本发明的透视畸变非常小，拍摄立体物体时，轴外画面不会有明显的不对称变形。

3、本发明的成本非常低，温度漂移小，在高温、低温等恶劣环境下都能够清晰成像。

4、本发明的光圈大，分辨率高，画面整体明亮均匀，画质清晰，真实。

5、本发明结构简单，成本低廉，适合推广。

【附图说明】

图1是本发明示意图；

图2是光学系统成像原理示意图；

图3是光学系统发生透视畸变的原理示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步描述：

一种小透视畸变、超广角光学系统，其特征在于：从物侧至像侧依次包括有：

第一透镜1，所述的第一透镜1为弯月形非球面透镜；

第二透镜2，所述的第二透镜2为弯月形非球面透镜；

第三透镜3，所述的第三透镜3为双凸形非球面透镜；

光阑11；

第四透镜4，所述的第四透镜4为弯月形非球面透镜；

第五透镜5，所述的第五透镜5为弯月形球面透镜；

第六透镜6，所述的第六透镜6为弯月形球面透镜；

第七透镜7，所述的第七透镜7为双凸形非球面透镜；

滤光片22；

感光芯片33。

所述的第一透镜1朝向物侧和像侧的面均为扁圆形非球面；所述的第二透镜2朝向物侧的一面为双曲线非球面，朝向像侧的一面为椭圆形非球面；所述的第三透镜3朝向物侧的一面为双曲线非球面，朝向像侧的一面为扁圆形非球面；所述的第四透镜4朝向物侧的一面为扁圆形非球面，朝向像侧的一面为双曲线非球面；所述的第七透镜7朝向物侧的一面为扁圆形非球面，朝向像侧的一面为椭圆形非球面。

所述的第一透镜1的光焦度为负，且凹面朝向像侧；所述的第二透镜2的光焦度为负，且凹面朝向像侧；所述的第三透镜3的光焦度为正；所述的第四透镜4的光焦度为正，且凹面朝向物侧；所述的第五透镜5的光焦度为负，且凹面朝向物侧；所述的第六透镜6的光焦度为正；所述的第七透镜7的光焦度为正。第一透镜1和第二透镜2都采用弯月形非球面透镜，尽量减小光线在各透镜之间的折射变化角度，这样进入光学系统的大角度光线通过第一透镜1和第二透镜2能够很好的折转，第三透镜3采用较厚的双凸形非球面镜片，使光线能够平滑进入第三透镜3后面的光学系统，有效增大光学系统的视场角。第一透镜1、第二透镜2的光焦度均为负，且第二透镜2朝向像侧的一面曲率非常大，在光学系统中产生较大的负畸变，正好与其朝向物侧的一面产生的正畸变相互抵消，降低了光学系统的畸变及透视畸变。第三透镜3采用较厚的正光焦度非球面，能够有效的矫正透视畸变；同时，利用光阑两边系统对称能够最大限度降低畸变这一特性，本光学系统将光阑11设在中间位置，使系统实现小透视畸变，拍摄立体物体时，轴外物体不会产生明显的不对称变形。

所述的第一透镜1、所述的第二透镜2、所述的第三透镜3、所述的第七透镜7的材质均为光学塑料；所述的第四透镜4、所述的第五透镜5、所述的第六透镜6的材质均为光学玻璃，且所述的第五透镜5与第六透镜6用光学胶水粘合在一起。光学系统采用玻璃镜片和塑料镜片搭配使用，系统中使用四枚塑料镜片，利用塑料材料便宜这一特性，有效降低整个光学系统的成本；利用玻璃材料稳定这一特性，在光阑11后使用第四透镜4这样一枚玻璃非球面透镜，降低光学系统对温度的敏感性，使光学系统在恶劣环境下也能正常工作。

第四透镜4采用弯月形玻璃非球面透镜，朝向物侧的一面为扁圆形非球面，朝向像侧的一面为双曲线非球面，材料使用超低色散玻璃材料，且靠近光阑11，能够很好的矫正光学系统的轴上像差；第五透镜5使用高色散材料，第六透镜6使用低色散材料，二者胶合使用，不仅能够矫正光学系统的轴上像差，还能矫正光学系统的垂轴色差；第7透镜为非球面塑料透镜，能够矫正系统的场曲和象散；光学系统中玻璃、塑料搭配使用，多处使用非球面，有效解决了光学系统的色差、场曲等各种像差均衡的问题，使得像面中心分辨率高的同时边缘也具有较高的分辨率；另外，在第七透镜7后设有滤光片22，能够过滤掉杂光，使得像面整体均匀、明亮，同时像面色彩亮丽，具有良好的色彩还原性。

所述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第七透镜7非球面的表面形状满足以下方程： $Z={\mathrm{cy}}^2/\{1+\sqrt{[1-(1+k)c2y2]}\}$ $+{\mathrm{\α}}_1{y}^2+{\mathrm{\α}}_2{y}^4+{\mathrm{\α}}_3{y}^6+{\mathrm{\α}}_4{y}^8+{\mathrm{\α}}_5{y}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{y}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{y}^{14}+{\mathrm{\α}}_8{y}^{16},$ 在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数。

Claims (5)

1.一种小透视畸变、超广角光学系统，其特征在于：从物侧至像侧依次包括有：

第一透镜(1)，所述的第一透镜(1)为弯月形非球面透镜；

第二透镜(2)，所述的第二透镜(2)为弯月形非球面透镜；

第三透镜(3)，所述的第三透镜(3)为双凸形非球面透镜；

光阑(11)；

第四透镜(4)，所述的第四透镜(4)为弯月形非球面透镜；

第五透镜(5)，所述的第五透镜(5)为弯月形球面透镜；

第六透镜(6)，所述的第六透镜(6)为弯月形球面透镜；

第七透镜(7)，所述的第七透镜(7)为双凸形非球面透镜；

滤光片(22)；

感光芯片(33)。

2.根据权利要求1所述的小透视畸变、超广角光学系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)朝向物侧和像侧的面均为扁圆形非球面；所述的第二透镜(2)朝向物侧的一面为双曲线非球面，朝向像侧的一面为椭圆形非球面；所述的第三透镜(3)朝向物侧的一面为双曲线非球面，朝向像侧的一面为扁圆形非球面；所述的第四透镜(4)朝向物侧的一面为扁圆形非球面，朝向像侧的一面为双曲线非球面；所述的第七透镜(7)朝向物侧的一面为扁圆形非球面，朝向像侧的一面为椭圆形非球面。

3.根据权利要求1所述的小透视畸变、超广角光学系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)的光焦度为负，且凹面朝向像侧；所述的第二透镜(2)的光焦度为负，且凹面朝向像侧；所述的第三透镜(3)的光焦度为正；所述的第四透镜(4)的光焦度为正，且凹面朝向物侧；所述的第五透镜(5)的光焦度为负，且凹面朝向物侧；所述的第六透镜(6)的光焦度为正；所述的第七透镜(7)的光焦度为正。

4.根据权利要求1所述的小透视畸变、超广角光学系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)、所述的第二透镜(2)、所述的第三透镜(3)、所述的第七透镜(7)的材质均为光学塑料；所述的第四透镜(4)、所述的第五透镜(5)、所述的第六透镜(6)的材质均为光学玻璃，且所述的第五透镜(5)与第六透镜(6)用光学胶水粘合在一起。

5.根据权利要求1所述的小透视畸变、超广角光学系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)和第七透镜(7)非球面的表面形状满足以下方程： $Z=c{y}^2/$ $\{1+\sqrt{[1-(1+k)c2y2]}\}+{\mathrm{\α}}_1{y}^2+{\mathrm{\α}}_2{y}^4+{\mathrm{\α}}_3{y}^6+{\mathrm{\α}}_4{y}^8+{\mathrm{\α}}_5{y}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{y}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{y}^{14}+{\mathrm{\α}}_8{y}^{16},$ 在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数。