CN112987265B - 鱼眼镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鱼眼镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有负光焦度的第三透镜，其物侧面和像侧面均为凹面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第五透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第七透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第八透镜，其物侧面和像侧面均为凹面；具有正光焦度的第九透镜，其物侧面和像侧面均为凸面。该鱼眼镜头具有超大广角、热稳定好、全视场画质均匀且高清等优点。

Description

鱼眼镜头
技术领域
本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种鱼眼镜头。
背景技术
鱼眼镜头因为其前端如鱼眼般鼓起得名，其焦距极短且视场角高达180°以上，由于其超大视场角优势，实拍画面可容纳更多更广的景物进去，可满足一些大场景范围的画面拍摄，因此被广泛应用于运动相机、无人机相机、全景监控等摄像领域。
然而，现有鱼眼镜头一般存在边缘压缩较大导致周边视场解像下降的问题，不能满足当前高清像质的需求。
发明内容
为此，本发明的目的在于提出一种鱼眼镜头，用于解决上述问题。
本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。
第一方面，本发明提供了一种鱼眼镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、光阑、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及滤光片；所述第一透镜具有负光焦度，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；所述第二透镜具有负光焦度，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；所述第三透镜具有负光焦度，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凹面；所述第四透镜具有正光焦度，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凸面；所述第五透镜具有正光焦度，所述第五透镜的物侧面为凹面，所述第五透镜的像侧面为凸面；所述第六透镜具有正光焦度，所述第六透镜的物侧面为凹面，所述第六透镜的像侧面为凸面；所述第七透镜具有正光焦度，所述第七透镜的物侧面和像侧面均为凸面；所述第八透镜具有负光焦度，所述第八透镜的物侧面和像侧面均为凹面；所述第九透镜具有正光焦度，所述第九透镜的物侧面和像侧面均为凸面；其中，所述鱼眼镜头中至少包括一个非球面镜片。
相比于现有技术，本发明提供的鱼眼镜头，通过玻璃球面与非球面镜片的合理搭配，使镜头拥有可达240°的超大视场角；同时针对边缘压缩较大的问题进行改善，使镜头在全视场内的像宽分布均匀，均衡了成像画面各处位置的像质；同时还拥有较高的分辨率，可搭配高清像质芯片使用；而且镜头中采用全玻璃的镜片结构，使用寿命长，热稳定性好。本发明提供的鱼眼镜头至少具有超大广角、热稳定好、全视场画质均匀且高清等优点，能够满足运动相机、无人机相机、全景监控等摄像领域的使用需求。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一实施例中的鱼眼镜头的结构示意图；
图2为本发明第一实施例中的鱼眼镜头的MTF图；
图3为本发明第一实施例中的鱼眼镜头的垂轴色差图；
图4为本发明第一实施例中的单位角度像宽图；
图5为本发明第二实施例中的鱼眼镜头的结构示意图；
图6为本发明第二实施例中的鱼眼镜头的MTF图；
图7为本发明第二实施例中的鱼眼镜头的垂轴色差图；
图8为本发明第二实施例中的单位角度像宽图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。
本发明提出一种鱼眼镜头，该鱼眼镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、光阑、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及滤光片。
第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；
第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面和像侧面均为凹面；
第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凸面；
第五透镜具有正光焦度，第五透镜的物侧面为凹面，第五透镜的像侧面为凸面；
第六透镜具有正光焦度，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凸面；
第七透镜具有正光焦度，第七透镜的物侧面和像侧面均为凸面；
第八透镜具有负光焦度，第八透镜的物侧面和像侧面均为凹面；
第九透镜具有正光焦度，第九透镜的物侧面和像侧面均为凸面。
光阑设置于第五透镜与第六透镜之间，可以提高鱼眼镜头的视场角并能更好的配合芯片的入射角度。同时为了更好优化系统的公差，提高生产良率，将光阑前后透镜间的空气间隔设置的较大，可达3.5毫米以上。
为提高镜头的解像力并有效降低镜头的垂轴色差，所述鱼眼镜头至少采用一个非球面镜片，非球面镜片的使用可以更好校正镜头的像差，提高镜头的分辨率，使成像更清晰。
在一些实施方式中，为提高镜头的解像力，鱼眼镜头中的第四透镜、第六透镜和第九透镜均为玻璃非球面镜片，玻璃非球面镜片的使用可以更好地校正不同口径的像差，均衡各视场的像质。
在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
|[L-(D/FOV)]/ (D/FOV)|<10%；（1）
其中，L表示鱼眼镜头每单位角度对应的像宽，D表示鱼眼镜头的像面大小，FOV表示鱼眼镜头的视场角。满足上述条件式（1），可保证鱼眼镜头每单位角度对应的像宽分布较均匀，有利于均衡鱼眼镜头在整个视场内的像质。
在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
220°<FOV<260°；（2）
3.1mm<D<3.5mm；（3）
其中，FOV表示鱼眼镜头的视场角，D表示鱼眼镜头的像面大小。满足上述条件式（2）和（3），能够保证鱼眼镜头拥有超大的视场角，可匹配主流大尺寸高像素芯片的成像需求。
在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
Nd1>1.9；（4）
Nd2>1.9；（5）
其中，Nd1表示第一透镜的折射率，Nd2表示第二透镜的折射率。满足上述条件式（4）和（5），可使第一透镜和第二透镜拥有较高的折射率，有利于减小光线在透镜上的入射角和减小透镜的外径尺寸。
在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
4mm<R2<6mm；（6）
15 mm2<(R1-R2)×CT12<25mm2；（7）
其中，R1表示第一透镜的物侧面的曲率半径，R2表示第一透镜的像侧面的曲率半径，CT12表示第一透镜和第二透镜在光轴上的空气间隔。满足上述条件式（6）和（7），可使光线在第一透镜物侧面的入射角较小，同时在保证镜头满足超大视角的同时，使第一透镜具有足够的边缘厚度，降低第一透镜的加工难度。
在一些实施方式中，第五透镜与第六透镜之间设置有光阑且满足以下条件式：
0.1 mm-1<Φ前<0.2 mm-1；（8）
0.25 mm-1<Φ后<0.35 mm-1；（9）
其中，Φ前表示光阑之前所有透镜的组合光焦度，也即第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的组合光焦度，Φ后表示光阑之后所有透镜的组合光焦度，也即第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜的组合光焦度。满足上述条件式（8）和（9），可使光阑前后的光焦度得到合理的分配，有利于镜头像差的校正。
在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
0.4< f/(F#×SDT)<0.5；（10）
其中，f表示鱼眼镜头的有效焦距，F#表示鱼眼镜头的光圈数，SDT表示鱼眼镜头的光阑外径。满足上述条件式（10），可使鱼眼镜头的入瞳大小适当，减小镜头轴外视场的像差。
在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
Nd6<1.55；（11）
Nd9<1.55；（12）
其中，Nd6表示第六透镜的折射率，Nd9表示第九透镜的折射率。满足上述条件式（11）和条件式（12），有利于降低镜头的像散，均衡镜头在水平和垂直方向上的解析力。
在一些实施方式中，鱼眼镜头的第七透镜和第八透镜为胶合透镜组，且满足以下条件式：
0.4 mm-1<Φ7<0.6 mm-1；（13）
-0.8 mm-1<Φ8<-0.6 mm-1；（14）
Vd7-Vd8>30；（15）
其中，Φ7表示第七透镜的光焦度，Φ8表示第八透镜的光焦度，Vd7表示第七透镜的阿贝数，Vd8表示第八透镜的阿贝数。满足上述条件式（13）至（15），有利于镜头色差的校正，使镜头拍摄的画面有较高的色彩还原度，同时便于材料的选择搭配。
在一些实施方式中，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
0.95<SD17/D<1.05；（16）
5°<CRA<9°；（17）
其中，SD17表示第九透镜的像侧面的有效外径，D表示鱼眼镜头的像面大小，CRA表示鱼眼镜头的主光线在成像面的入射角度。满足上述条件式（16）和（17），可使周边视场边缘光线的高度和像面高度相近，有利于像面的光线入射角CRA保持在较小的范围。
在一些实施方式中，为了提高鱼眼镜头的热稳定性，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
-3.0×10-6/(℃*mm) <(dn/dt)6×Φ6+(dn/dt)9×Φ9<-2.0×10-6/(℃*mm)；（18）
其中，Φ6表示第六透镜的光焦度，Φ9表示第九透镜的光焦度，(dn/dt)6表示第六透镜的折射率温度系数，(dn/dt)9表示第九透镜的折射率温度系数。满足上述条件式（18），有助于提高镜头的热稳定性能力，有效降低镜头在高温和低温环境中的焦点偏移量，使镜头具有良好的成像品质。
下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中，鱼眼镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
在本发明各个实施例中，当鱼眼镜头中的透镜为非球面透镜时，各个非球面面型均满足如下方程式：
Figure 664364DEST_PATH_IMAGE001
其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为圆锥系数conic，A2i为第2i阶的非球面面型系数。
第一实施例
请参阅图1，所示为本申请第一实施例提供的鱼眼镜头100的结构图，鱼眼镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、光阑ST、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9和滤光片G1。
第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面、第一透镜的像侧面S2为凹面；
第二透镜L2具有负光焦度，第二透镜的物侧面S3为凸面、第二透镜的像侧面S4为凹面；
第三透镜L3具有负光焦度，第三透镜的物侧面S5为凹面、第三透镜的像侧面S6为凹面；
第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7为凹面、第四透镜的像侧面S8为凸面；
第五透镜L5具有正光焦度，第五透镜的物侧面S9凹面、第五透镜的像侧面S10为凸面；
第六透镜L6具有正光焦度，第六透镜的物侧面S11为凹面、第六透镜的像侧面S12为凸面；
第七透镜L7具有正光焦度，第七透镜的物侧面S13为凸面、第七透镜的像侧面S14为凸面；
第八透镜L8具有负光焦度，第八透镜的物侧面S14为凹面、第八透镜的像侧面S15为凹面，且第七透镜L7和第八透镜L8组成胶合镜片组，即第七透镜的像侧面和第八透镜的物侧面粘合在一起；
第九透镜L9具有正光焦度，第九透镜的物侧面S16为凸面、第九透镜的像侧面S17为凸面。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第五透镜L5、第七透镜L7和第八透镜L8均为玻璃球面镜片，第四透镜L4、第六透镜L6和第九透镜L9均为玻璃非球面镜片。
本实施例提供的鱼眼镜头100的各个镜片相关参数如表1所示。
表1
Figure 681999DEST_PATH_IMAGE002
本实施例当中的鱼眼镜头100的非球面透镜的相关参数如表2所示。
表2
Figure 973303DEST_PATH_IMAGE003
请参阅图2，所示为本实施例当中鱼眼镜头100的MTF曲线图，从图中可以看出，在200lp/mm的空间频率下镜头在全视场内的MTF值在0.4以上，说明鱼眼镜头100拥有较高的分辨率。
请参阅图3，所示为本实施例当中鱼眼镜头100的垂轴色差图，从图中可以看出，镜头的色差较小，不同波长的垂轴色差几乎都在±3微米以内，说明鱼眼镜头100的色差得到良好的校正。
请参阅图4，所示为本实施例当中鱼眼镜头100的单位角度像宽图，从图中可以看出鱼眼镜头100单位角度像宽分布较均匀。
第二实施例
请参阅图5，本实施例提供的鱼眼镜头200的结构图，本实施例中的鱼眼镜头200与第一实施例当中的鱼眼镜头100各个透镜的面型凹凸大抵相同，不同之处在于两个实施例镜头中的各个镜片的相关参数和空气间隔存在差异。
本实施例当中的鱼眼镜头200的各个镜片的相关参数如表3所示。
表3
Figure 974757DEST_PATH_IMAGE004
本实施例当中的鱼眼镜头200的非球面透镜的相关参数如表4所示。
表4
Figure 642498DEST_PATH_IMAGE005
请参阅图6，所示为本实施例当中鱼眼镜头200的MTF曲线图，在200lp/mm的空间频率下镜头全视场的MTF值在0.3以上，说明鱼眼镜头200拥有较高的分辨率。
请参阅图7，所示为本实施例当中鱼眼镜头200的垂轴色差图，不同波长的垂轴色差差值在±3.5微米以内，说明鱼眼镜头200的色差得到良好的校正。
请参阅图8，所示为本实施例当中鱼眼镜头单位角度像宽图，从图中可以看出鱼眼镜头200单位角度像宽分布较均匀。
请参阅表5，为上述两个实施例提供的鱼眼镜头对应的光学特性，包括鱼眼镜头的光学总长TTL、光圈数F#和有效焦距f，同时还包括上述条件式当中每个条件式对应的相关数值。
表5
Figure 780219DEST_PATH_IMAGE006
综上所述，本发明提供的鱼眼镜头至少具有以下优点：
（1）鱼眼镜头由九片玻璃材质透镜构成，对温度变化适应能力较强，且具有较高的使用寿命和稳定性。
（2）鱼眼镜头通过六片玻璃球面镜片和三片玻璃非球面镜片的合理搭配，提高了镜头的解析能力，使镜头拥有超大广角和较短总长的同时，还具有较高的成像品质。
（3）鱼眼镜头的视场角可达240°，同时边缘视场压缩很小，使中心视场和边缘视场解像差异很小，实现了全视场内画质均匀且高清的效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头中透镜的数量为九个，沿光轴从物侧到成像面依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；
具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；
具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凹面；
具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凸面；
具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面，所述第五透镜的像侧面为凸面；
光阑；
具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面为凹面，所述第六透镜的像侧面为凸面；
具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面和像侧面均为凸面；
具有负光焦度的第八透镜，所述第八透镜的物侧面和像侧面均为凹面；
具有正光焦度的第九透镜，所述第九透镜的物侧面和像侧面均为凸面；
其中，所述鱼眼镜头中至少包括一个非球面镜片；
所述鱼眼镜头满足以下条件式：
0.4< f/(F#×SDT)<0.5；
其中，f表示所述鱼眼镜头的有效焦距，F#表示所述鱼眼镜头的光圈数，SDT表示所述鱼眼镜头的光阑外径。
2.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第四透镜、所述第六透镜和所述第九透镜均为玻璃非球面镜片。
3.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
|[L-(D/FOV)]/(D/FOV)|<10%；
其中，L表示所述鱼眼镜头每单位角度对应的像宽，D表示所述鱼眼镜头的像面大小，FOV表示所述鱼眼镜头的视场角。
4.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
220°<FOV<260°；
3.1mm<D<3.5mm；
其中，FOV表示所述鱼眼镜头的视场角，D表示所述鱼眼镜头的像面大小。
5.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
Nd1>1.9；
Nd2>1.9；
其中，Nd1表示所述第一透镜的折射率，Nd2表示所述第二透镜的折射率。
6.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
4mm<R2<6mm；
15mm2<(R1-R2)×CT12<25mm2；
其中，R1表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R2表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径，CT12表示所述第一透镜和所述第二透镜在光轴上的空气间隔。
7.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
0.1 mm-1<Φ前<0.2 mm-1；
0.25 mm-1<Φ后<0.35 mm-1；
其中，Φ前表示所述光阑之前所有透镜的组合光焦度，Φ后表示所述光阑之后所有透镜的组合光焦度。
8.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
Nd6<1.55；
Nd9<1.55；
其中，Nd6表示所述第六透镜的折射率，Nd9表示所述第九透镜的折射率。
9.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第七透镜和所述第八透镜组成胶合透镜组，且所述鱼眼镜头满足以下条件式：
0.4 mm-1<Φ7<0.6 mm-1；
-0.8 mm-1<Φ8<-0.6 mm-1；
Vd7-Vd8>30；
其中，Φ7表示所述第七透镜的光焦度，Φ8表示所述第八透镜的光焦度，Vd7表示所述第七透镜的阿贝数，Vd8表示所述第八透镜的阿贝数。
10.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
0.95<SD17/D<1.05；
5°<CRA<9°；
其中，SD17表示所述第九透镜的像侧面的有效外径，D表示所述鱼眼镜头的像面大小，CRA表示所述鱼眼镜头的主光线在成像面上的入射角度。
11.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头满足以下条件式：
-3.0×10-6/(℃*mm) <(dn/dt)6×Φ6+(dn/dt)9×Φ9<-2.0×10-6/(℃*mm)；
其中，Φ6表示所述第六透镜的光焦度，Φ9表示所述第九透镜的光焦度，(dn/dt)6表示所述第六透镜的折射率温度系数，(dn/dt)9表示所述第九透镜的折射率温度系数。
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