CN109324395A - 一种定焦无畸变玻塑镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种定焦无畸变玻塑镜头。该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、正焦距的第三透镜，正焦距的第四透镜、负焦距的第五透镜、正焦距的第六透镜，第一、第二透镜朝向像侧一面为凹面，第三透镜为双凸透镜，第四透镜为双凸透镜，第五透镜为弯月透镜朝向像侧一面为凸面，第六透镜为双凸透镜。本发明无畸变，本专利视场角达到100度，TV畸变小于1％；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‑30℃到+70℃变化时镜头不需要重新调焦就能保证成像清晰。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种定焦无畸变玻塑镜头。
背景技术
近年来用于监控用途、无人机航拍领域或车载用途摄像系统向广角、高分辨率、小畸变趋势发展，而目前主流产品的广角镜头虽然能够满足高清晰度的要求，但图像变形严重，周边画面信息量差，需要后期作进一步的图像处理，或者需要复杂的多镜片组合校正系统畸变，不满足监控或车载领域小型化、轻量化要求。本发明提出了一种新的光学系统，结构紧凑，在满足客户大角度的同时，实拍画面没有变形，且满足在监控或车载领域环境温度变化要求。
现有专利：一种大光圈小畸变光学镜头，申请号：201711386462.1申请日：2017.12.20,包括从物方到成像方依次排列设置的前镜片组、光阑元件、后镜片组与滤光片。前镜片组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜与第四透镜，后镜片组包括第五透镜、第六透镜与第七透镜。第一透镜、第三透镜与第七透镜均为非球面透镜，第五透镜与第六透镜组合成具有正光焦度的胶合透镜。上述大光圈小畸变光学镜头通过设置第一透镜、第三透镜与第七透镜均为非球面透镜，可有效地减少镜头的体积，从而使镜头的结构更加紧凑，具有镜头体积小、光学畸变小、成像画面基本无变形、成像画质高及成像画面色彩准确的优点。
现有技术方案的缺点：
1、视场角偏小，可拍摄范围较小；
2、成本高，镜片数量多，切为玻璃及玻璃非球面镜片，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。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种定焦无畸变玻塑镜头。
本发明为实现上述目的而采取的技术方案为：
一种定焦无畸变玻塑镜头，该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、正焦距的第三透镜，正焦距的第四透镜、负焦距的第五透镜、正焦距的第六透镜，第一、第二透镜朝向像侧一面为凹面，第三透镜为双凸透镜，第四透镜为双凸透镜，第五透镜为弯月透镜朝向像侧一面为凸面，第六透镜为双凸透镜。
作为进一步改进，其中第二透镜和第六透镜为塑料非球面透镜。
作为进一步改进，所述的第二透镜的焦距为f2，所述第六透镜的焦距为f6，其满足关系式：-1.25<f2/f6<-0.70。
作为进一步改进，第四透镜的焦距为f4，所述第五透镜的焦距为f5，其满足关系式：-1.05<f4/f5<-0.68
作为进一步改进，还包含一个光阑装置，所述光阑装置位于第三透镜和第四透镜之间。
作为进一步改进，所述第四透镜和第五透镜为一组胶合透镜。
作为进一步改进，所述第二透镜的材料折色率为ND2,材料色散系数为VD2，第六透镜的材料折色率为ND6,材料色散系数为VD6，其满足关系式：0.016<(ND2/VD2)＝(ND6/VD6)<0.035。
作为进一步改进，所述第四透镜的材料折色率为ND4,材料色散系数为VD4，其满足关系式：0.019<ND4/VD4<0.026。
本发明的有益效果：
1.本发明无畸变，本专利视场角达到100度，TV畸变小于1％；
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-30℃到+70℃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为本发明实施例的透镜示意图；
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图；
图6为本发明实施例的畸变图；
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
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
如图1所示，一种定焦无畸变玻塑镜头，该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、正焦距的第三透镜E3，正焦距的第四透镜E4、负焦距的第五透镜E5、正焦距的第六透镜E6，第一、第二透镜E1，E2朝向像侧一面为凹面，第三透镜E3为双凸透镜，第四透镜E4为双凸透镜，第五透镜E5为弯月透镜朝向像侧一面为凸面，第六透镜E6为双凸透镜。
其中第二透镜E2和第六透镜E6为塑料非球面透镜。
所述的第二透镜E2的焦距为f2，所述第六透镜E6的焦距为f6，其满足关系式：-1.25<f2/f6<-0.7。
第四透镜E4的焦距为f4，所述第五透镜E5的焦距为f5，其满足关系式：-1.05<f4/f5<-0.68。
还包含一个光阑装置ST，所述光阑装置位于第三透镜E3和第四透镜E4之间。
所述第四透镜E4和第五透镜E5为一组胶合透镜。
所述第二透镜E2的材料折色率为ND2,材料色散系数为VD2，第六透镜E6的材料折色率为ND6,材料色散系数为VD6，其满足关系式：0.016<(ND2/VD2)＝(ND6/VD6)<0.035。
所述第四透镜E4的材料折色率为ND4,材料色散系数为VD4，其满足关系式：0.019<ND4/VD4<0.026。
在本实施例中，在工作距离为无穷远时，全景鱼眼镜头的总焦距f＝3.2mm,FNO＝2.2，视场角FOV＝100°，镜头TV畸变＝0.5％,透镜组的各项参数依次列于表1中：
表1
由表1可得
f2/f6＝-6.567673/7.721218＝-0.8506
f4/f5＝4.094863/-5.032167＝-0.8137
ND2/VD2＝1.535081/55.779665＝0.028
ND6/VD6＝1.535081/55.779665＝0.028
ND4/VD4＝1.592824/68.624378＝0.023
均满足要求
此外，本实施例中，第二透镜E2的表面S3和S4、第六透镜组E6的表面S10和S11为非球面，其非球面相关数值依次列于表2：
在本实施例上述表格中，n为折射率，R为曲率半径，第一透镜E1～第六透镜E6依次的焦距为f1～f6,实施例所提供的全景鱼眼镜头在于提供一种无畸变、高分辨率、大光圈、抗环境温度变化能力强以及低成本的镜头，以克服现有技术中的不足之处。
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 TransferFunction，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300lp/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的距离为横坐标时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4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五条曲线T和五条曲线S构成；其中，五条曲线T分别表示五种波长(470nm、510nm、555nm、610nm和650nm)对应的子午光束(TangentialRays)的像差，五条曲线S分别表示三种波长(470nm、510nm、555nm、610nm和650nm)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-0.02～0.05mm范围内，弧矢场曲值控制在-0.02～0.05mm范围以内。
透镜系统可见光部分对应的畸变图，图中曲线越接近y轴，畸变率越小。如图6所示，其中光学畸变率控制在0％～2％范围以内。
无畸变镜头广泛用于室内、室外，一年365天每天24小时处于工作状态，镜头所处的环境温度变化巨大。镜头典型的工作温度要求是-30℃～80℃，镜头必须保证在这温差达到110多摄氏度的范围内、在不进行重新调焦的情况下成像仍然跟20℃(常温)一样清晰。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。一并参考图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。
Claims (8)
1.一种定焦无畸变玻塑镜头，其特征在于：该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)、正焦距的第三透镜(E3)，正焦距的第四透镜(E4)、负焦距的第五透镜(E5)、正焦距的第六透镜(E6)，第一、第二透镜(E1，E2)朝向像侧一面为凹面，第三透镜(E3)为双凸透镜，第四透镜(E4)为双凸透镜，第五透镜(E5)为弯月透镜朝向像侧一面为凸面，第六透镜(E6)为双凸透镜。
2.根据权利要求1所述的一种定焦无畸变玻塑镜头，其特征在于：其中第二透镜(E2)和第六透镜(E6)为塑料非球面透镜。
3.根据权利要求1所述的一种定焦无畸变玻塑镜头，其特征在于：所述的第二透镜(E2)的焦距为f2，所述第六透镜(E6)的焦距为f6，其满足关系式：-1.25<f2/f6<-0.70。
4.根据权利要求1所述的一种定焦无畸变玻塑镜头，其特征在于：第四透镜(E4)的焦距为f4，所述第五透镜(E5)的焦距为f5，其满足关系式：-1.05<f4/f5<-0.68。
5.根据权利要求1所述的一种定焦无畸变玻塑镜头，其特征在于：还包含一个光阑装置(ST)，所述光阑装置位于第三透镜(E3)和第四透镜(E4)之间。
6.根据权利要求1所述的一种定焦无畸变玻塑镜头，其特征在于：所述第四透镜(E4)和第五透镜(E5)为一组胶合透镜。
7.根据权利要求1所述的一种定焦无畸变玻塑镜头，其特征在于：所述第二透镜(E2)的材料折色率为ND2,材料色散系数为VD2，第六透镜(E6)的材料折色率为ND6,材料色散系数为VD6，其满足关系式：0.016<(ND2/VD2)＝(ND6/VD6)<0.035。
8.根据权利要求1所述的一种定焦无畸变玻塑镜头，其特征在于：所述第四透镜(E4)的材料折色率为ND4,材料色散系数为VD4，其满足关系式：0.019<ND4/VD4<0.026。
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