CN112817120A - 鱼眼镜头系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种鱼眼镜头系统。鱼眼镜头系统从物侧到像侧沿光轴依次包括物面侧为凸面且像面侧为凹面的负的第一透镜、物面侧为凸面且像面侧为凹面的负的第二透镜、物面侧为凸面且像面侧为凹面的负的第三透镜、物面侧为凸面且像面侧为凸面的正的第四透镜、物面侧为凹面且像面侧为凹面的负的第五透镜、物面侧为凸面且像面侧为凸面的正的第六透镜、物面侧为凸面且像面侧为凸面的正的第七透镜、物面侧为凸面且像面侧为凸面的正的第八透镜、以及物面侧为凹面且像面侧为凹面的负的第九透镜。由此，提供一种视场角达到195°且光学总长小于22mm且分辨率高达1200万像素的、可完全满足4K的应用要求的超高像素鱼眼镜头。

Description

鱼眼镜头系统

技术领域

本发明涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种超高清鱼眼镜头。

背景技术

近年来，鱼眼镜头由于具有超大的视场角而广泛应用于VR相机，全景相机及安防监控等领域，尤其是在全景相机的应用，增加了市场对鱼眼镜头的需求。

鱼眼镜头由于其视场角超大的特征，需要引入大量的桶形畸变，视场边缘图像因而会被大大的压缩，导致边缘角分辨率降低，画质模糊。现有技术中，一般的鱼眼镜头像素在200万到500万之间，光学总长大都在30mm以上。

随着高分辨率CCD、CMOS图像传感器的不断发展，4K超高清图像传感器已经出现，市场需求镜头具有更高的像素、更好的画质和更小的体积。

显然一般的鱼眼镜头无法满足4K的要求，因此急需开发一款体积小、像素超高的鱼眼镜头来满足市场上的各种应用需求。

发明内容

发明要解决的问题

本发明提供一种能够满足4K的应用要求的鱼眼镜头系统。

用于解决问题的方案

本发明的实施方式提供一种鱼眼镜头系统，从物侧到像侧沿光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜，其中，所述第一透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负，所述第二透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负，所述第三透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负，所述第四透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正，所述第五透镜的物面侧为凹面，像面侧为凹面，其光焦度为负，所述第六透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正，所述第七透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正，所述第八透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正，所述第九透镜的物面侧为凹面，像面侧为凹面，其光焦度为负。

发明的效果

根据本实施方式的鱼眼镜头系统，从物侧到像侧沿光轴依次包括物面侧为凸面且像面侧为凹面的负光焦度的第一透镜、物面侧为凸面且像面侧为凹面的负光焦度的第二透镜、物面侧为凸面且像面侧为凹面的负光焦度的第三透镜、物面侧为凸面且像面侧为凸面的正光焦度的第四透镜、物面侧为凹面且像面侧为凹面的负光焦度的第五透镜、物面侧为凸面且像面侧为凸面的正光焦度的第六透镜、物面侧为凸面且像面侧为凸面的正光焦度的第七透镜、物面侧为凸面且像面侧为凸面的正光焦度的第八透镜、以及物面侧为凹面且像面侧为凹面的负光焦度的第九透镜。由此，提供一种视场角达到195°且光学总长小于22mm且分辨率高达1200万像素的、可完全满足4K的应用要求的超高像素鱼眼镜头。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的鱼眼镜头系统的截面结构及光路图。

图2是表示由本实施方式的鱼眼镜头系统得到的场曲和畸变图。

图3是表示由本实施方式的鱼眼镜头系统得到的相对照度图。

图4是表示本实施方式的鱼眼镜头系统的纵向像差图。

图5是表示本实施方式的鱼眼镜头系统在20℃时的MTF的峰位置图。

图6是表示本实施方式的鱼眼镜头系统在20℃时两种频率下的MTF的峰位置图。

图7是表示本实施方式的鱼眼镜头系统在-20℃时的MTF的峰位置的图。

图8是表示本实施方式的鱼眼镜头系统在-20℃时两种频率下的MTF的峰位置图。

图9是表示本实施方式的鱼眼镜头系统在85℃时的MTF的峰位置的图。

图10是表示本实施方式的鱼眼镜头系统在85℃时两种频率下的MTF的峰位置图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。另外，附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

如图1所示，鱼眼镜头系统100从物面到像面沿光轴依次包括第一透镜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、第七透镜L7、第八透镜L8以及第九透镜L9。

第一透镜L1为具有负的光焦度的透镜，并且物面侧为凸面，像面侧为凹面。当第一透镜L1为这种凸凹的新月形透镜时，有利于校正鱼眼镜头系统100的像散(Astigmatism)。

第二透镜L2为具有负的光焦度的透镜。通过在第一透镜L1的像侧配置有具有负的光焦度的第二透镜L2，能够使视角更广。另外，在仅使第一透镜L1具有负的光焦度的情况下，第一透镜L1会变为不合理的形状。通过使第一透镜L1和第二透镜L2这两个透镜均具有负的光焦度，能够使第一透镜L1的形状变为合理，还能够减小畸变(Distortion)，使鱼眼镜头系统100小型化。

另外，第二透镜L2的物面侧为凸面，像面侧为凹面。在本实施方式中，优选使第二透镜L2的像侧面为凹面，由此能够有效地增大鱼眼镜头系统100的后焦距，以确保鱼眼镜头系统100有足够的后焦距来放置其它构件。更优选进行第二透镜L2的物体侧面为凸面且像侧面为凹面这样的设定，由此能够有效地校正鱼眼镜头系统100的匹兹凡和(PetzvalSum)，并且能够增大鱼眼镜头系统100的后焦距，以确保鱼眼镜头系统100有足够的后焦距来放置其它构件。

第三透镜L3为具有负的光焦度的透镜，物面侧为凸面，像面侧为凹面。通过在第一透镜L1和第二透镜L2的像侧配置同样具有负光焦度的第三透镜L3，能够更进一步扩大鱼眼镜头系统100的视场角使其达到180度以上。第四透镜L4的物面侧为凸面，像面侧为凸面，第四透镜L4的光焦度为正。由于第四透镜L4的光焦度为正，能够有效地分配第一透镜L1的光焦度，以降低鱼眼镜头系统100的误差灵敏度。另外，通过使第四透镜L4的物体侧面与像侧面均为凸面，能够降低鱼眼镜头系统100的误差灵敏度。

第五透镜L5的物面侧为凹面，像面侧为凹面，第五透镜L5的光焦度为负。第六透镜L6的物面侧为凸面，像面侧为凸面，第六透镜L6的光焦度为正。第七透镜L7的物面侧为凸面，像面侧为凸面，第七透镜L7的光焦度为正。第八透镜L8的物面侧为凸面，像面侧为凸面，第八透镜L8的光焦度为正。第九透镜L9的物面侧为凹面，像面侧为凹面，第九透镜L9的光焦度为负。通过在光阑STO的像面侧连续设置正光焦度的第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8，能够使光线更快地朝成像面折射，有利于降低鱼眼镜头系统100的光学总长。通过将第五透镜L5和第九透镜L9设置为负光焦度，能够与正光焦度的第六透镜L6、第七透镜L7及第八透镜L8形成光焦度为负正负这样的正负交替的透镜组合，能够降低鱼眼镜头系统100的色差。

在本实施例中，优选的是，如图1所示，第五透镜L5与第六透镜L6构成接合透镜，例如，可以将第五透镜L5与第六透镜L6相互胶合来形成接合透镜，当然也可以通过其他方式将第五透镜L5与第六透镜L6相接合来形成接合透镜。另外，优选的是，如图1所示，第八透镜L8与第九透镜L9构成接合透镜，例如可以将第八透镜L8与第九透镜L9相互胶合来形成接合透镜，当然也可以通过其他方式将第八透镜L8与第九透镜L9相接合来形成接合透镜。

在本实施例中，优选的是，第一透镜L1与第七透镜L7使用相同的材料来形成。并且，优选的是，第三透镜L3、第六透镜L6和第八透镜L8使用相同的材料来形成。通过将不同的透镜设置成同一种材料，能提高材料的使用量，降低材料成本，从而降低鱼眼镜头100的制造成本。

在本实施例中，当将第一透镜L1的像侧面的有效口径设为D1、将第一透镜L1的像侧面的曲率半径设为R1、将第二透镜L2的像侧面的有效口径设为D2、将第二透镜L2的像侧面的曲率半径设为R2时，第一透镜L1和第二透镜L2优选满足以下条件。

D1/R1<1.85 (1)

D2/R2<1.85 (2)

由此，在保证良好的光学性能的同时降低透镜的加工难度，使结构简单紧凑。

在本实施例中，第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第七透镜L7和第九透镜L9优选满足以下条件。

Nd3<1.50 (3)

Vd3>80 (4)

Nd4>2.00 (5)

Vd4<20 (6)

Nd5>1.98 (7)

Vd5<20 (8)

Nd7>1.70 (9)

Vd7<50 (10)

Nd9>1.70 (11)

Vd9<30 (12)

其中，Nd3、Nd4、Nd5、Nd7、Nd9分别表示第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第七透镜L7和第九透镜L9的针对d线的折射率，Vd3、Vd4、Vd5、Vd7、Vd9分别表示第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第七透镜L7和第九透镜L9的针对d线的色散系数。通过低折射率的透镜与高折射率的透镜的搭配以及高色散系数的透镜与低色散系数的透镜的搭配，能够降低鱼眼镜头系统100的色差。

如图1所示，鱼眼镜头系统100还包括位于第四透镜L4与第五透镜L5之间的光阑STO，相比于第四透镜L4，光阑STO更靠近第五透镜侧。

另外，鱼眼镜头系统100还包括位于第九透镜L9的像侧的护罩玻璃IR&CG，在护罩玻璃IR&CG上涂布有红外线吸收材料，由此护罩玻璃IR&CG还作为红外线吸收滤波器发挥功能。并且，在护罩玻璃IR&CG的像侧配置有成像面IMA。

在本实施例中，当将从第一透镜L1的物侧面到成像面IMA为止的在光轴上的距离设为TTL、将从第一透镜L1的物侧面到第九透镜L9的像侧面为止的在光轴上的距离设为ALT时，鱼眼镜头系统优选满足以下条件。

TTL/ALT>1.12 (13)

TTL≤22mm (14)

由此，能够使鱼眼镜头系统100有足够的后截距，有利于鱼眼镜头系统100的其他结构件的设计。

另外，在本实施例中，鱼眼镜头系统100优选满足以下条件。

f/TTL<0.1 (15)

其中，f为鱼眼镜头系统100的焦距，TTL为从第一透镜L1的物侧面到成像面IMA为止的在光轴上的距离。由此，能够使鱼眼镜头系统100在具有超大视场角的同时结构小型化。

图2的左侧图表示由本实施例的鱼眼镜头系统100得到的场曲(像场弯曲)，右侧图表示由本实施例的鱼眼镜头系统100得到的畸变(f-theta)。图3表示由本实施例的鱼眼镜头系统100得到的相对照图度。图4是表示本实施例的鱼眼镜头系统100的纵向像差图。从图2～图4可以得知，本实施例的鱼眼镜头系统100的场曲、f-theta畸变管控好，成像质量较好。

图5～图10示出了本实施例的鱼眼镜头系统100的由温度导致的MTF的峰位置变化。以20℃为基准，如图7所示，-20℃时的后焦偏移量为0.004mm，如图9所示，85℃时的后焦偏移量为0.006mm。由此可知，由温度导致的MTF的峰位置变化极小，大约为4μm-6μm的程度。

举例而言，在本实施例中，鱼眼镜头系统100的焦距f为1.76mm，光阑指数FNO为2.4，对角方向视场角2ω＝195°。

具体的，鱼眼镜头系统100的设计参数如表1所示：

本实施例的鱼眼镜头系统可以应用于会议记录设备、智能监控设备、全景模拟设备等设备上。鱼眼镜头系统主要由9枚透镜构成，结构简单，并且采用不同透镜相互组合，具有良好的光学性能。另外，鱼眼镜头系统的视场角达到195°，光学总长小于22mm，分辨率高达1200万像素，因此，能够完全满足4K的应用要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种鱼眼镜头系统，其特征在于，

从物侧到像侧沿光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜，

其中，所述第一透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负，

所述第二透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负，

所述第三透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负，

所述第四透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正，

所述第五透镜的物面侧为凹面，像面侧为凹面，其光焦度为负，

所述第六透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正，

所述第七透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正，

所述第八透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正，

所述第九透镜的物面侧为凹面，像面侧为凹面，其光焦度为负。

2.根据权利要求1所述的鱼眼镜头系统，其特征在于，

由所述第五透镜和所述第六透镜形成接合透镜。

3.根据权利要求1所述的鱼眼镜头系统，其特征在于，

由所述第八透镜和所述第九透镜形成接合透镜。

4.根据权利要求1所述的鱼眼镜头系统，其特征在于，

所述第一透镜和所述第七透镜是使用相同的材料构成的。

5.根据权利要求1所述的鱼眼镜头系统，其特征在于，

所述第三透镜、所述第六透镜和所述第八透镜是使用相同的材料构成的。

6.根据权利要求1所述的鱼眼镜头系统，其特征在于，

满足以下条件：

D1/R1<1.85，

D2/R2<1.85，

其中，D1为所述第一透镜的像侧面的有效口径，

R1为所述第一透镜的像侧面的曲率半径，

D2为所述第二透镜的像侧面的有效口径，

R2为所述第二透镜的像侧面的曲率半径。

7.根据权利要求1所述的鱼眼镜头系统，其特征在于，

满足以下条件：

Nd3<1.50，

Vd3>80，

Nd4>2.00，

Vd4<20，

Nd5>1.98，

Vd5<20，

Nd7>1.70，

Vd7<50，

Nd9>1.70，

Vd9<30，

其中，Nd3表示所述第三透镜的针对d线的折射率，

Vd3表示所述第三透镜的针对d线的色散系数，

Nd4表示所述第四透镜的针对d线的折射率，

Vd4表示所述第四透镜的针对d线的色散系数，

Nd5表示所述第五透镜的针对d线的折射率，

Vd5表示所述第五透镜的针对d线的色散系数，

Nd7表示所述第七透镜的针对d线的折射率，

Vd7表示所述第七透镜的针对d线的色散系数，

Nd9表示所述第九透镜的针对d线的折射率，

Vd9表示所述第九透镜的针对d线的色散系数。

8.根据权利要求1所述的鱼眼镜头系统，其特征在于，

还包括位于所述第四透镜与所述第五透镜之间的光阑，与所述第四透镜相比，所述光阑更靠近所述第五透镜侧。

9.根据权利要求1所述的鱼眼镜头系统，其特征在于，

满足以下条件：

TTL/ALT>1.12，

TTL≤22mm，

其中，TTL为从所述第一透镜的物侧面到所述鱼眼镜头系统的成像面为止的在光轴上的距离，

ALT为从所述第一透镜的物侧面到所述第九透镜的像侧面为止的在光轴上的距离。

10.根据权利要求1～9中的任一项所述的鱼眼镜头系统，其特征在于，

满足以下条件：

f/TTL<0.1，

其中，f为所述鱼眼镜头系统的焦距，

TTL为从所述第一透镜的物侧面到所述鱼眼镜头系统的成像面为止的在光轴上的距离。

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