CN108663783A - 一种大光圈低成本全景鱼眼镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大光圈低成本全景鱼眼镜头，包括沿物侧到像侧依次设置的负焦距的第一透镜、负焦距的第二透镜、负焦距的第三透镜，正焦距的第四透镜、光阑、负焦距的第五透镜、正焦距的第六透镜、正焦距的第七透镜；第一透镜和第二透镜朝向物侧的一面为凸面，第一透镜和第二透镜朝向像侧一面为凹面，所述第三透镜、第五透镜为双凹透镜，第四透镜、第六透镜、第七透镜为双凸透镜；与现有技术相比，本发明的有益效果如下：光圈大，本发明镜头的光圈F NO.达到1.6，夜视效果优良；成本低，采用塑料非球面减少镜片数量及降低单价；抗环境温度变化能力强，设计上采用了塑料镜片温度补偿技术，温度在‑40℃到+90℃变化时镜头不需要重新调焦就能保证成像清晰。

Description

一种大光圈低成本全景鱼眼镜头

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别是一种大光圈低成本全景鱼眼镜头。

背景技术

目前，市场上的全景鱼眼镜头种类日趋多样化，但是这些鱼眼镜头大多规格指标低，光圈偏小，夜晚噪点多。而大光圈的镜头不但在白天能呈现良好的画面在微光以及夜晚环境下也能呈现清晰明亮的图像。现有镜头还存在高低温不共焦的问题，存在性能与成本难以平衡的问题。

如中国专利申请号：201611210119.7公开的一种360°全景鱼眼镜头，从物侧到像侧依次包括负焦距的第一透镜、负焦距的第二透镜、负焦距的第三透镜、正焦距的第四透镜、正焦距的第五透镜、正焦距的第六透镜、正焦距的第七透镜、负焦距的第八透镜和正焦距的第九透镜，孔径光阑位于第五透镜和第六透镜之间；其中，第一透镜和第二透镜朝向物面的一侧分别为凸面，第一透镜和第二透镜朝向像面的一侧分别为凹面，第三透镜朝向物面一侧为凹面，第三透镜朝向像面一侧为凸面,第九透镜为双凸镜片。所述第一透镜的焦距为f1，第三透镜的焦距为f3，其满足关系式：0.2<f1/f3<1.5。该镜头具有空间分辨率较高且均匀，边缘图像压缩轻微，能够很好的还原现实景象的特点。

但是该镜头还是存在以下缺点：

1.光圈小，傍晚等光亮度不足的环境下成像效果差；

2.成本高，镜片数量多，切为全玻璃球面镜片，单价昂贵；

3.组装一致性差，玻璃镜片加工工序多尺寸偏差大，一致性差，不利于批量生产；

4.环境适应性差，在极限环境下会发生焦点偏移，图像变虚的现象；

为此，有必要提供低成本大光圈无热化定焦镜头来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种大光圈低成本全景鱼眼镜头，通过合理的使用塑料非球面镜片及限定每个透镜的光焦度，有效的改善了定焦镜头的光圈，提高了摄像的效果，本发明具有大视场角、高分辨率、大光圈、抗环境温度变化能力强以及低成本的特点。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种大光圈低成本全景鱼眼镜头，包括沿物侧到像侧依次设置的负焦距的第一透镜、负焦距的第二透镜、负焦距的第三透镜，正焦距的第四透镜、光阑、负焦距的第五透镜、正焦距的第六透镜、正焦距的第七透镜；其中：

所述第一透镜和第二透镜朝向物侧的一面为凸面，第一透镜和第二透镜朝向像侧一面为凹面，所述第三透镜、第五透镜为双凹透镜，第四透镜、第六透镜、第七透镜为双凸透镜；

所述第三透镜的焦距为f3，所述第七透镜的焦距为f7，其满足关系式：-1.57<f3/f7<-1.05；

所述第五透镜的焦距为f5，所述第六透镜的焦距为f6，其满足关系式：-1.23<f5/f6<-0.75。

进一步的，所述第三透镜的材料折色率为ND3，材料色散系数为VD3，其满足关系式：0.051<ND3/VD3<0.082。

进一步的，所述第七透镜的材料折色率为ND7，材料色散系数为VD7，其满足关系式：0.015<ND7/VD7<0.033。

进一步的，所述第三透镜和第七透镜为塑料非球面镜片。

进一步的，所述第五透镜和第六透镜为一组胶合透镜。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、光圈大，本发明镜头的光圈F NO.达到1.6，夜视效果优良；

2、成本低，采用塑料非球面减少镜片数量及降低单价；

3、抗环境温度变化能力强，设计上采用了塑料镜片温度补偿技术，温度在-40℃到+90℃变化时镜头不需要重新调焦就能保证成像清晰。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明实施例的第一解析图。

图3为本发明实施例的第二解析图。

图4为本发明实施例的Spot图。

图5为本发明实施例的场曲畸变图。

图6为本发明实施例的主光线角度图。

图7为本发明实施例低温零下40度时的解析图。

图8为本发明实施例高温零上85度时的解析图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本实施例的一种大光圈低成本全景鱼眼镜头，包括沿物侧到像侧依次设置的负焦距的第一透镜E1、负焦距的第二透镜E2、负焦距的第三透镜E3，正焦距的第四透镜E4、光阑ST、负焦距的第五透镜E5、正焦距的第六透镜E6、正焦距的第七透镜E7；其中：

所述第一透镜E1和第二透镜E2朝向物侧的一面为凸面，第一透镜E1和第二透镜E2朝向像侧一面为凹面，所述第三透镜E3、第五透镜E5为双凹透镜，第四透镜E4、第六透镜E6、第七透镜E7为双凸透镜；

所述第三透镜E3的焦距为f3，所述第七透镜E7的焦距为f7，其满足关系式：-1.57<f3/f7<-1.05；

所述第五透镜E5的焦距为f5，所述第六透镜E6的焦距为f6，其满足关系式：-1.23<f5/f6<-0.75。

进一步的，所述第三透镜E3的材料折色率为ND3，材料色散系数为VD3，其满足关系式：0.051<ND3/VD3<0.082。

进一步的，所述第七透镜E7的材料折色率为ND7，材料色散系数为VD7，其满足关系式：0.015<ND7/VD7<0.033。

进一步的，所述第三透镜E3和第七透镜E7为塑料非球面镜片。

进一步的，所述第五透镜E5和第六透镜E6为一组胶合透镜。

其中：如图1中所示，第一透镜E1的物侧面为S1、像侧面为S2，第二透镜E2的物侧面为S3、像侧面为S4，第三透镜E3的物侧面为S5、像侧面为S6，第四透镜E4的物侧面为S7、像侧面为S8，第五透镜E5的物侧面为S9、第五透镜E5与第六透镜E6的胶合面为S10，第六透镜E6的像侧面为S11，第七透镜E7的物侧面为S12、像侧面为S13。

为了验证本实施例的大光圈低成本全景鱼眼镜头的光学性能，在工作距离为无穷远时，全景鱼眼镜头的总焦距f＝1.38mm，光圈FNO＝1.60，视场角FOV＝200°，镜头总长TL＝18.3mm，透镜组的各项参数依次列于表1。

表1在工作距离为无穷远时，全景鱼眼镜头的总焦距f＝1.38mm，光圈FNO＝1.60，视场角FOV＝200°，镜头总长TL＝18.3mm，透镜组的各项参数

由表1可得：

f3/f7＝-5.756/4.548＝-1.266，满足上述的-1.57<f3/f7<-1.05的设计；

f5/f6＝-2.552/2.616＝-0.976，满足上述的-1.23<f5/f6<-0.75的设计；

ND3/VD3＝1.635518/23.973659＝0.068，满足上述的0.051<ND3/VD3<0.082的设计；

ND7/VD7＝1.535081/55.779665＝0.028，满足上述的0.015<ND7/VD7<0.033的设计。

此外，本实施例中，第三透镜E3的物侧面S5和像侧面S6、第七透镜组E7的物侧面S12和像侧面S13为非球面，其非球面相关数值依次列于表2。

表2第三透镜E3、第七透镜组E7的非球面相关数值

图2-图8依次为工作距离为无穷远时本实施例的一种大光圈低成本全景鱼眼镜头的第一解析图、第二解析图、Spot图、场曲畸变图、主光线角度图、低温零下40度时的解析图、高温零上85度时的解析图，如图2及图3所示，其中，图2图3为实施例20摄氏度时MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)值图，该MTF值图基于表1中参数，光学镜头最看重的分辨率等品质的测量，定义MTF值必定大于0，且小于1，在本技术领域MTF值越接近1，说明镜头的性能越优异，即分辨率高；其变量为空间频率，空间频率即以一个mm的范围内能呈现出多少条线来度量，其单位以lp/mm来表示；固定高频(如350lp/mm)曲线代表镜头分辨率特性，这条曲线越高，镜头分辨率越高，纵坐标是MTF值。横坐标可以设像场中心到测量点的距离，镜头是以光轴为中心的对称结构，中心向各方向的成像素质变化规律是相同的，由于像差等因素的影响，像场中某点与像场中心的距离越远，其MTF值一般呈下降的趋势。因此以像场中心到像场边缘的距离为横坐标，可以反映镜头边缘的成像素质。

另外，在偏离像场中心的位置，由沿切线方向的线条与沿径向方向的线条的正弦光栅所测得的MTF值是不同的。将平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线，标为S(Sagittal)，而将平行于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线，标为T(Meridional)。如此一来，MTF曲线一般有两条，即S曲线和T曲线，图2、图3中，有多组以像场中心到像场边缘MTF变化曲线，反映出本透镜系统具有较高解像力，可达千万像素，光学性能较目前主流光学系统有极大地提升。

图4为光学镜头对应的点列图，其质心半径及几何半径如图所示，可实现良好的成像品质。

透镜系统可见光部分对应的场曲图由三条曲线T和三条曲线S构成；其中，三条曲线T分别表示三种波长(486nm、587nm和656nm)对应的子午光束(Tangential Rays)的像差，三条曲线S分别表示三种波长(486nm、587nm和656nm)对应的弧矢光束(Sagittial Rays)的像差，子午场曲值和弧矢场曲值越小，说明成像品质越好。如图5所示，子午场曲值控制在-0.02～0.02mm范围内，弧矢场曲值控制在-0.02～0.02mm范围以内。透镜系统可见光部分对应的F THETA畸变图，图中曲线越接近y轴，畸变率越小。如图6所示，其中F THETA畸变率控制在-1％～1％范围以内。

由于镜片材质的折射率会受温度影响而发生变化，镜片尺寸、镜筒材质、镜座材质会随着温度的变化而热胀冷缩，这些因素导致普通监控镜头在高低温环境下会出现不同的成像后焦(后截距)，称作镜头成像的温度漂移。

参考图7及图8，由图7图8看出，工作温度在-40℃～85℃，本实施例镜头仍能保证在不进行重新调焦的情况下成像仍然跟20℃(常温)一样清晰。

综述，本发明的一种大光圈低成本全景鱼眼镜头，光圈大，本发明镜头的光圈FNO.达到1.6，夜视效果优良；抗环境温度变化能力强，设计上采用了塑料镜片温度补偿技术，温度在-40℃到+90℃变化时镜头不需要重新调焦就能保证成像清晰。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大光圈低成本全景鱼眼镜头，其特征在于，包括沿物侧到像侧依次设置的负焦距的第一透镜(E1)、负焦距的第二透镜(E2)、负焦距的第三透镜(E3)，正焦距的第四透镜(E4)、光阑(ST)、负焦距的第五透镜(E5)、正焦距的第六透镜(E6)、正焦距的第七透镜(E7)；其中：

所述第一透镜(E1)和第二透镜(E2)朝向物侧的一面为凸面，第一透镜(E1)和第二透镜(E2)朝向像侧一面为凹面，所述第三透镜(E3)、第五透镜(E5)为双凹透镜，第四透镜(E4)、第六透镜(E6)、第七透镜(E7)为双凸透镜；

所述第三透镜(E3)的焦距为f3，所述第七透镜(E7)的焦距为f7，其满足关系式：-1.57<f3/f7<-1.05；

所述第五透镜(E5)的焦距为f5，所述第六透镜(E6)的焦距为f6，其满足关系式：-1.23<f5/f6<-0.75。

2.根据权利要求1所述的大光圈低成本全景鱼眼镜头，其特征在于：所述第三透镜(E3)的材料折色率为ND3，材料色散系数为VD3，其满足关系式：0.051<ND3/VD3<0.082。

3.根据权利要求1所述的大光圈低成本全景鱼眼镜头，其特征在于：所述第七透镜(E7)的材料折色率为ND7，材料色散系数为VD7，其满足关系式：0.015<ND7/VD7<0.033。

4.根据权利要求1所述的大光圈低成本全景鱼眼镜头，其特征在于：所述第三透镜(E3)和第七透镜(E7)为塑料非球面镜片。

5.根据权利要求1所述的大光圈低成本全景鱼眼镜头，其特征在于：所述第五透镜(E5)和第六透镜(E6)为一组胶合透镜。