CN110007436B - 200°微型超广角鱼眼镜头光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了200°微型超广角鱼眼镜头光学系统，沿光轴的方向，从物平面至像平面依次包括：负光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、负光焦度的第三透镜L3、孔径光阑1、正光焦度的第四透镜L4、正光焦度的第五透镜L5、负光焦度的第六透镜L6和滤光片2。该光学系统透镜全部采用球面透镜，利用各透镜自身结构的特点，对它们进行合理的搭配，使得镜头的视场角达到200°的超广角范围；同时F‑Theta畸变却能小于10%，这样使得拍出的画面边缘变形量相对较小，画面更能够贴近实际。本发明提供了一种视场范围大、像面均匀性好、成像质量好、体积小、适于加工生产的鱼眼镜头光学系统。

Description

200°微型超广角鱼眼镜头光学系统
技术领域：
本发明涉及超广角光学成像系统，具体来说涉及200°微型超广角鱼眼镜头光学系统。
背景技术：
随着光学镜头及芯片技术的发展，常规的镜头由于其观察的视场范围的限制，已经不能满足某些场合的应用，比如安防、监控灯等领域，常规的镜头由于其镜头视场角的限制，就会有监控死角，因此为了能够监控更大范围，往往需要安装几个常规的镜头，这样不仅增加了设备成本，也增加了后期维护的成本。但是如果应用超大视场光学成像系统，如鱼眼镜头系统，就能拍摄到比常规镜头更广的范围，这是因为它具有一般光学系统无法达到的视场角范围（达到甚至超过180°），因此它具有将大于半球空域的场景范围投影在像平面的能力。基于鱼眼镜头系统的这些特点，因而它在很多领域中被广泛应用，如场景监视、机器人导航以及球幕电影等。
发明内容：
为了提供一种具有更大拍摄范围的鱼眼镜头，本发明提出了200°微型超广角鱼眼镜头光学系统，其具有像面均匀性好，成像质量高等优点。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明200°微型超广角鱼眼镜头光学系统，沿光轴的方向，从物平面至像平面依次包括：负光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、负光焦度的第三透镜L3、孔径光阑1、正光焦度的第四透镜L4、正光焦度的第五透镜L5、负光焦度的第六透镜L6和滤光片2。其中所述第一透镜L1的朝向物方和像方的光学面均凸向物方；所述第二透镜L2的朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向物方；所述第三透镜L3的朝向物方和像方的光学面均凸向像方；所述第四透镜L4的朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；所述第五透镜L5的朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；所述第六透镜L6的朝向物方和像方的光学面均凸向像方；所述滤光片2的朝向物方和像方的光学面均为平面。
进一步地， 200°微型超广角鱼眼镜头光学系统中各透镜的朝向物方和像方的光学面均采用球面。
进一步地，镜头的可视场角为200°，总焦距为0.408mm，F/#值为5.0，总长度为7.468mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。
进一步地，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6的材料分别为N-SF6(折射率为1.8052，阿贝数为25.36)、N-SF6(折射率为1.8052，阿贝数为25.36)、N-SF6(折射率为1.8052，阿贝数为25.36)、N-SF6(折射率为1.8052，阿贝数为25.36)、SK6(折射率为1.6137，阿贝数为56.40)、SF66(折射率为1.9229，阿贝数为20.88)；所述滤光片的材料为N-BK7(折射率为1.5168，阿贝数为64.17)。
进一步地，所述的第五透镜L5、第六透镜L6胶合在一起；所述的孔径光阑位于第三透镜L3和第四透镜L4之间；所述滤光片2位于第六块透镜与像平面之间，可以根据需要随时更换，起到滤光的作用。
本发明的有益效果：利用各透镜自身结构的特点，对它们进行合理的搭配，使得镜头的视场角达到200°的超广角范围；同时F-Theta畸变却能小于10%，这样使得拍出的画面边缘变形量相对较小，画面更能够贴近实际。并且在光学系统设计中各透镜的朝向物方和像方的光学面均采用球面设计，以及采用的透镜材料种类较少，这样使得加工成本相对较低。另外，该鱼眼镜头光学系统具有像面均匀性好，成像质量高，小型化，结构紧凑，易于加工和安装等特点。
附图说明：
图1是本发明实施例200°微型超广角鱼眼镜头光学系统的结构示意图；
图2是本发明200°微型超广角鱼眼镜头光学系统的MTF曲线图；
图3是本发明200°微型超广角鱼眼镜头光学系统的相对照度图；
图4是本发明200°微型超广角鱼眼镜头光学系统的畸变曲线图；
图5是本发明200°微型超广角鱼眼镜头光学系统的光路图。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述：
如图1和图5所示，200°微型超广角鱼眼镜头光学系统，沿光轴的方向，从物平面至像平面依次包括：负光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、负光焦度的第三透镜L3、孔径光阑1、正光焦度的第四透镜L4、正光焦度的第五透镜L5、负光焦度的第六透镜L6和滤光片2。光学系统中各透镜的朝向物方和像方光学面均采用球面；镜头的可视场角为200°，总焦距为0.408mm，F/#值为5.0，总长度为7.468mm，后工作距离为0.798mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6的材料分别为N-SF6(折射率为1.8052，阿贝数为25.36)、N-SF6(折射率为1.8052，阿贝数为25.36)、N-SF6(折射率为1.8052，阿贝数为25.36)、N-SF6(折射率为1.8052，阿贝数为25.36)、SK6(折射率为1.6137，阿贝数为56.40)、SF66(折射率为1.9229，阿贝数为20.88)；所述滤光片的材料为N-BK7(折射率为1.5168，阿贝数为64.17)。所述的第五透镜L5、第六透镜L6胶合在一起；所述的孔径光阑1位于第三透镜L3和第四透镜L4之间；所述滤光片2位于第六块透镜与像平面之间，可以根据需要随时更换，起到滤光的作用。
图2、图3和图4分别为200°微型超广角鱼眼镜头光学系统的MTF曲线、相对照度和畸变图。从图2、图3和图4可以清晰获知本发明要求保护的微型鱼眼镜头光学系统中的像差校正的比较好，具有良好的光学成像性能及高相对照度的特点；另外，该鱼眼镜头光学系统的畸变非常小，使得拍出的画面边缘变形量相对较小，画面更能够贴近实际。
为了能够更加方便理解本发明的上述技术方案，下面在具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
鱼眼镜头是一种超大视场的光学成像系统，在本发明的200°微型超广角鱼眼镜头光学系统中，沿光轴的方向，从物平面至像平面依次包括：负光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、负光焦度的第三透镜L3、孔径光阑1、正光焦度的第四透镜L4、正光焦度的第五透镜L5、负光焦度的第六透镜L6和滤光片2。所述第一透镜L1的朝向物方和像方的光学面均凸向物方；所述第二透镜L2的朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向物方；所述第三透镜L3的朝向物方和像方的光学面均凸向像方；所述第四透镜L4的朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；所述第五透镜L5的朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；所述第六透镜L6的朝向物方和像方的光学面均凸向像方；所述滤光片2的朝向物方和像方的光学面均为平面；所述的第五透镜L5、第六透镜L6胶合在一起；所述的孔径光阑1位于第三透镜L3和第四透镜L4之间，起到调节成像光束宽度的作用，类似于照相机中的光圈；所述的滤光片位于第六透镜L6与像平面之间，能够对特定的波长进行过滤，并可以根据实际需要对其进行更换。
本实施例所述的一种200°微型超广角鱼眼镜头光学系统结构参数见表1。
表1 一种200°微型超广角鱼眼镜头光学系统结构参数
光学表面 半径(mm) 厚度(mm) 折射率 材料
S1 2.496 0.256 1.8052 N-SF6
S2 1.060 1.052
S3 -4.507 0.568 1.8052 N-SF6
S4 1.017 0.398
S5 -8.945 0.971 1.8052 N-SF6
S6 -1.956 0.668
孔径光阑 无限 0.347
S7 125.316 0.845 1.8052 N-SF6
S8 -1.340 0.200
S9 2.323 0.841 1.6137 SK6
S10 -0.748 0.291 1.9229 SF66
S11 -5.544 0.128
S12 无限 0.106 1.5168 N-BK7
S13 无限 0.798
S14 无限
上表中，沿光轴方向从物平面到像平面，S1、S2分别对应为第一透镜L1的朝向物方和像方的光学面；S3、S4分别对应为第二透镜L2的朝向物方和像方的光学面；S5、S6分别对应为第三透镜L3的朝向物方和像方的光学面；S7、S8分别对应为第四透镜L4的朝向物方和像方的光学面；S9、S10分别对应为第五透镜L5的朝向物方和像方的光学面；S10、S11分别对应为第六透镜L6的朝向物方和像方的光学面；S12、S13分别对应为滤光片2的朝向物方和像方的光学面；S14对应为系统的像面。其中，第五透镜L5、第六透镜L6胶合在一起，因此S10既是第五透镜L5的朝向像方的光学面，又是第六透镜L6的朝向物方的光学面。
另外，所述第一透镜L1与第二透镜L2的空气间隔、第二透镜L2与第三透镜L3的空气间隔、第三透镜L3与孔径光阑1的空气间隔、孔径光阑1与第四透镜L4的空气间隔、第四透镜L4与第五透镜L5的空气间隔、第六透镜L6与滤光片2的空气间隔分别是：1.052mm、0.398mm、0.668mm、0.347mm、0.200mm、0.128mm
综上所述，借助于发明的上述技术方案，可以使得镜头的像面均匀性更好，成像质量更高，尺寸更小，结构更紧凑，更加便于加工和安装。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以验证本发明，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 (4)

1.一种200°微型超广角鱼眼镜头光学系统，其特征在于：沿光轴的方向，从物平面至像平面依次包括：负光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、负光焦度的第三透镜L3、孔径光阑1、正光焦度的第四透镜L4、正光焦度的第五透镜L5、负光焦度的第六透镜L6和滤光片2；
所述第一透镜L1的朝向物方和像方的光学面均凸向物方；
所述第二透镜L2的朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向物方；
所述第三透镜L3的朝向物方和像方的光学面均凸向像方；
所述第四透镜L4的朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；
所述第五透镜L5的朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；
所述第六透镜L6的朝向物方和像方的光学面均凸向像方；
所述滤光片2的朝向物方和像方的光学面均为平面；
所述的第五透镜L5、第六透镜L6胶合在一起；所述的孔径光阑1位于第三透镜L3和第四透镜L4之间；所述滤光片2位于第六透镜L6与像平面之间；镜头的可视场角为200°，总焦距为0.408mm，F/#值为5.0，总长度为7.468mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm；所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6的材料分别为N-SF6，其折射率为1.8052，阿贝数为25.36、N-SF6，其折射率为1.8052，阿贝数为25.36、N-SF6，其折射率为1.8052，阿贝数为25.36、N-SF6，其折射率为1.8052，阿贝数为25.36、SK6，其折射率为1.6137，阿贝数为56.40、SF66，其折射率为1.9229，阿贝数为20.88；所述滤光片2的材料为N-BK7，其折射率为1.5168，阿贝数为64.17。
2.根据权利要求1所述200°微型超广角鱼眼镜头光学系统，其特征在于：光学系统中各透镜的朝向物方和像方的光学面均采用球面。
3.根据权利要求1所述200°微型超广角鱼眼镜头光学系统，其特征在于：所述200°微型超广角鱼眼镜头光学系统结构参数如下所示：
光学表面S1的半径：2.496 mm、厚度：0.256 mm、折射率：1.8052 、材料：N-SF6；
光学表面S2的半径：1.060 mm、厚度：1.052；
光学表面S3的半径：-4.507 mm、厚度：0.568 mm、折射率：1.8052 、材料：N-SF6；
光学表面S4的半径：1.017 mm、厚度：0.398 mm；
光学表面S5的半径：-8.945 mm、厚度：0.971 mm、折射率：1.8052 、材料：N-SF6；
光学表面S6的半径：-1.956mm、厚度：0.668mm；
孔径光阑的半径：无限、厚度：0.347 mm；
光学表面S7的半径：125.316 mm、厚度：0.845mm、折射率：1.8052、材料：N-SF6；
光学表面S8的半径：-1.340mm、厚度：0.200mm；
光学表面S9的半径：2.323 mm、厚度：0.841mm、折射率：1.6137、材料：SK6；
光学表面S10的半径：-0.748mm、厚度：0.291mm、折射率：1.9229、材料：SF66；
光学表面S11的半径：-5.544mm、厚度：0.128mm；
光学表面S12的半径：无限、厚度：0.106mm、折射率：1.5168、材料：N-BK7；
光学表面S13的半径：无限、厚度：0.798；
光学表面S14的半径：无限；
上述中，沿光轴方向从物平面到像平面，S1、S2分别对应为第一透镜L1的朝向物方和像方的光学面；S3、S4分别对应为第二透镜L2的朝向物方和像方的光学面；S5、S6分别对应为第三透镜L3的朝向物方和像方的光学面；S7、S8分别对应为第四透镜L4的朝向物方和像方的光学面；S9、S10分别对应为第五透镜L5的朝向物方和像方的光学面；S10、S11分别对应为第六透镜L6的朝向物方和像方的光学面；S12、S13分别对应为滤光片2的朝向物方和像方的光学面；S14对应为系统的像面；其中，第五透镜L5、第六透镜L6胶合在一起，因此S10既是第五透镜L5的朝向像方的光学面，又是第六透镜L6的朝向物方的光学面。
4.根据权利要求1所述200°微型超广角鱼眼镜头光学系统，其特征在于：所述第一透镜L1与第二透镜L2的空气间隔、第二透镜L2与第三透镜L3的空气间隔、第三透镜L3与孔径光阑1的空气间隔、孔径光阑1与第四透镜L4的空气间隔、第四透镜L4与第五透镜L5的空气间隔、第六透镜L6与滤光片2的空气间隔分别是：1.052mm、0.398mm、0.668mm、0.347mm、0.200mm、0.128mm。
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