CN113589480B - 一种可耐高低温的高性价比玻塑混合鱼眼镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可耐高低温的高性价比玻塑混合鱼眼镜头，定义透镜邻近物面一侧的表面为物侧面，透镜邻近像面一侧的表面为像侧面，沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包括：第一透镜，为具有负光焦度的球面玻璃透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面，第二透镜，为具有负光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面或者凸面，第三透镜，为具有正光焦度的球面玻璃透镜，其物侧面为凸面或者凹面，像侧面为凸面，第四透镜，为具有正光焦度的非球面塑料透镜。该可耐高低温的高性价比玻塑混合鱼眼镜头，其具有更小的体积、更轻的重量、更高的像素和更好的耐恶劣环境的优点，可实现在高温+80℃和低温‑40℃拍摄不虚焦。

Description

一种可耐高低温的高性价比玻塑混合鱼眼镜头

技术领域

本发明涉及光学成像技术技术领域，具体为一种可耐高低温的高性价比玻塑混合鱼眼镜头。

背景技术

随着人们安全意识不断提高，监控镜头作为人类的“眼睛”在机器视觉、人工智能、刑侦监控、无人驾驶等方面起到越来越重要的作用，近年来，超广角鱼眼镜头因其可实现全方位无死角拍摄的特点，在市场上的需求也越来越大。鱼眼镜头在备受欢迎的同时，人们对其性能要求也越来越高。传统鱼眼监控镜头通常采用全玻璃结构，但这种镜头价格高、体积大、重量较重，如专利号CN 201410702755.6，还有一些鱼眼镜头采用玻璃和非球面塑料混合结构，虽然成本得到降低，但是其成像品质不够，还需进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可耐高低温的高性价比玻塑混合鱼眼镜头，以解决上述背景技术中提出传统鱼眼监控镜头通常采用全玻璃结构，但这种镜头价格高、体积大、重量较重的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可耐高低温的高性价

比玻塑混合鱼眼镜头，定义透镜邻近物面一侧的表面为物侧面，透镜邻近像面一侧的表面为像侧面，沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包括：

第一透镜，为具有负光焦度的球面玻璃透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

第二透镜，为具有负光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面或者凸面；

第三透镜，为具有正光焦度的球面玻璃透镜，其物侧面为凸面或者凹面，像侧面为凸面；

第四透镜，为具有正光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；

第五透镜，为具有负光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；

第六透镜，为具有正光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面或者凹面；

孔径光阑；

红色滤光片，材料由H-K9L制成；

保护玻璃，被集成在图像传感器上；

图像采集元件；

所述镜头，各个镜片与系统的总焦距的比值满足以下条件：

1.31<|f1/f|<1.86；

1.54<|f2/f|<6.00；

1.17<|f3/f|<5.21；

0.98<|f4/f|<1.75；

0.86<|f5/f|<1.72；

1.41<|f6/f|<2.48；

关系式中，“f”为所述镜头光学系统的焦距，“f1”为第一透镜的焦距，

“f2”为第二透镜的焦距，“f3”为第三透镜的焦距，“f4”为第四透镜的焦距，“f5”为第五透镜的焦距，“f6”为第六透镜的焦距。

优选的，所述第一透镜至所述第六透镜的焦距、折射率及曲率半径分别满足以下条件：如图3所示，图3中，-4.26mm<f1<-3.10mm，1.59<ND1<1.77，

+10.71mm<R11<+13.92mm，+1.87mm<R12<+2.05mm；

-12.13mm<f2<-4.23mm，1.51<ND2<1.58，-3.82mm<R21<-2.76mm，

-149.17mm<R22<+2559.20mm；

+3.08mm<f3<+11.07mm，1.72<ND3<1.82，-31.52mm<R31<+56.25mm，

-7.11mm<R32<-3.73mm；

+2.40mm<f4<+4.11mm，1.51<ND4<1.58，+2.61mm<R41<+5.45mm，

-3.48mm<R42<-1.92mm；

-4.02mm<f5<-2.10mm，1.60<ND5<1.66，-37.37mm<R51<-2.84mm，

+2.48mm<R52<+3.20mm；

+3.26mm<f6<+5.81mm，1.51<ND6<1.58，+2.94mm<R61<+4.27mm，

-23.29mm<R62<+297.96mm，第一透镜1的焦距为“f1”，所述第一透镜1的折射率为“ND1”，所述第一透镜1的前后表面曲率半径分别为“R11、R12”，所述第二透镜2的焦距为“f2”，所述第二透镜2的折射率为“ND2”，所述第二透镜2的前后表面曲率半径分别为“R21、R22”，所述第三透镜3的焦距为“f3”，所述第三透镜3的折射率为“ND3”，所述第三透镜3的前后表面曲率半径分别为“R31、R32”，所述第四透镜4的焦距为“f4”，所述第四透镜4的折射率为“ND4”，所述第四透镜4的前后表面曲率半径分别为“R41、R42”，所述第五透镜5的焦距为“f5”，所述第五透镜5的折射率为“ND5”，所述第五透镜5的前后表面曲率半径分别为“R51、R52”，所述第六透镜6的焦距为“f6”，所述第六透镜6的折射率为“ND6”，所述第六透镜6的前后表面曲率半径分别为“R61、R62”,“-”号表示方向为负。

优选的，DFOV/TTL>7.69；

CRA/DFOV<0.25；

1.03<OBFL/EFL<1.56；

关系式中，所述镜头整体光学系统的焦距为EFL；所述镜头整体光学系统的总长为TTL；镜头系统的光学后截距为OBFL，即第六透镜像侧面离像最近的一点到像面的距离；所述镜头系统的视场角为DFOV、主光线入射角为CRA。

优选的，所述第四透镜、第五透镜和第六透镜的非球面都可用以下偶次

非球面的方程式进行限定：

所述第二透镜(2)可用以下扩展非球面的方程式进行限定：

式中，式中k为二次曲面圆锥系数，r为镜片高度，c为镜片曲率，A-I

为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶、16阶、18阶、20阶项系数。

优选的，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜比较靠近，所述第四透镜、第五透镜和第六透镜比较靠近，且最小间隔≥0.049mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该可耐高低温的高性价比玻塑

混合鱼眼镜头，其具有更小的体积、更轻的重量、更高的像素和更好的耐恶

劣环境的优点，可实现在高温+80℃和低温-40℃拍摄不虚焦，整体采用2片

球面玻璃和4片非球面塑料混合组合，在达到业内同等品质下，其成本较低，

具有更实用性的设计。

附图说明

图1为本发明的光学结构示意图；

图2为本发明的光路结构示意图；

图3为本发明第一透镜至第四透镜的焦距、折射率及曲率半径的示意图；

图4为本发明由物侧到像侧依序的数据表示意图；

图5为本发明光学表面的非球面的各项系数示意图；

图6为本发明可见光0.435-0.656um的常温+20℃离焦曲线图；

图7为本发明可见光0.435-0.656um的低温-40℃离焦曲线图；

图8为本发明可见光0.435-0.656um的高温+80℃离焦曲线图；

图9为本发明可见光0.546um的场曲图；

图10为本发明可见光0.546um畸变图；

图11为本发明可见光0.546um的相对照度图；

图12为本发明可见光下FFTMTF示意图。

图中：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、第

五透镜；6、第六透镜；7、孔径光阑；8、红色滤光片；9、保护玻璃；10、图像采集元件。

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-12，本发明提供一种技术方案：图1为本发明的光学结构示意图，透镜邻近物面一侧的表面为物侧面，透镜邻近像面一侧的表面为像侧面，参照图1所示，沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包含：具有负光焦度的第一球面玻璃透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有负光焦度的第二非球面塑料透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第三球面玻璃透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有正光焦度的第四非球面塑料透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有负光焦度的第五非球面塑料透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第六非球面塑料透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；第三透镜3和第四透镜4之间是孔径光阑7，之后是红色滤光片8、保护玻璃9、图像采集元件10；

参照图1所示，本发明实施例的第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，第五透镜的焦距为f5，第六透镜的焦距为f6，整个镜头的焦距为f，各个镜片与系统的总焦距的比值满足以下条件：

1.31<|f1/f|<1.86；

1.54<|f2/f|<6.00；

1.17<|f3/f|<5.21；

0.98<|f4/f|<1.75；

0.86<|f5/f|<1.72；

1.41<|f6/f|<2.48；

本发明其视场角度>200°，所以第一个镜片采用凸面朝向物方的弯月形负光焦度的镜片，其作用是快速汇聚光线，考虑到光学系统的像差及平衡温漂的问题，各个镜片的焦距、材料和镜片R值分别满足以下条件：如图3；

图3中，“f1”为第一透镜的焦距，“ND1”为第一透镜的折射率，“R11、R12”为第一透镜的前后表面曲率半径，“-”号表示方向为负，以此类推。本发明整体光学系统的焦距为EFL，整体光学系统的总长为TTL，镜头系统的光学后截距为OBFL，即第六透镜像侧面离像面最近的一点到像面的距离，镜头系统的视场角为DFOV，主光线入射角为CRA，它们满足如下关系：DFOV/TTL>7.69；

CRA/DFOV<0.25；

1.03<OBFL/EFL<1.56；

鱼眼镜头的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3比较靠近，第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6比较靠近，且最小间隔≥0.049mm。

请参考图1、图2所示，其分别是本发明的光学结构示意图和光路结构示意图，第一透镜1和第三透镜3是玻璃球面，第二透镜2、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6是塑料非球面，系统的总焦距为2.32mm，光圈值为2.0。图4中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号(SurfaceNumber)、各透镜的曲率半径R(单位：mm)、各透镜的中心厚度d(单位：mm)、各透镜的折射率(ND)和阿贝常数(VD)、各透镜的非球面K值(Conic)。

在图4中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”代表第一透镜1的前表面，“2”代表第一透镜1的后表面，依次类推；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“Infinity”代表该表面为平面；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前透镜材料对光线的偏折能力，阿贝数代表当前透镜材料对光线的色散特性；K值代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。

本发明实施例的第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6的非球面都可用以下偶次非球面的方程式进行限定：

本发明实施例的第二透镜2可用以下扩展非球面的方程式进行限定：

式中，式中k为二次曲面圆锥系数，r为镜片高度，c为镜片曲率，A-I为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶、16阶、18阶、20阶项系数。

图5中列有光学表面的非球面的各项系数。

综上所述：该可耐高低温的高性价比玻塑混合鱼眼镜头，其具有更小的体积、更轻的重量、更高的像素和更好的耐恶劣环境的优点，可实现在高温+80℃和低温-40℃拍摄不虚焦，整体采用2片球面玻璃和4片非球面塑料混合组合，在达到业内同等品质下，其成本较低，具有更实用性的设计。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种可耐高低温的高性价比玻塑混合鱼眼镜头，其特征在于：定义透镜邻近物面一侧的表面为物侧面，透镜邻近像面一侧的表面为像侧面，沿着镜头光轴由物侧到像侧依序由如下结构组成：

第一透镜(1)，为具有负光焦度的球面玻璃透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

第二透镜(2)，为具有负光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面或者凸面；

第三透镜(3)，为具有正光焦度的球面玻璃透镜，其物侧面为凸面或者凹面，像侧面为凸面；

第四透镜(4)，为具有正光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；

第五透镜(5)，为具有负光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；

第六透镜(6)，为具有正光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面或者凹面；

还包括孔径光阑(7)；

红色滤光片(8)，材料由H-K9L制成；

保护玻璃(9)，被集成在图像传感器上；

图像采集元件(10)；

所述镜头，各个镜片与系统的总焦距的比值满足以下条件：

1.31<|f1/f|<1.86；

1.54<|f2/f|<6.00；

1.17<|f3/f|<5.21；

0.98<|f4/f|<1.75；

0.86<|f5/f|<1.72；

1.41<|f6/f|<2.48；

关系式中，“f”为所述镜头光学系统的焦距，“f1”为第一透镜的焦距，“f2”为第二透镜的焦距，“f3”为第三透镜(3)的焦距，“f4”为第四透镜(4)的焦距，“f5”为第五透镜(5)的焦距，“f6”为第六透镜(6)的焦距；所述第一透镜(1)至所述第六透镜(6)的焦距、折射率及曲率半径分别满足以下条件：

-4.26mm<f1<-3.10mm，1.59<ND1<1.77，+10.71mm<R11<+13.92mm，+1.87mm<R12<+2.05mm；

-12.13mm<f2<-4.23mm，1.51<ND2<1.58，-3.82mm<R21<-2.76mm，

-149.17mm<R22<+2559.20mm；

+3.08mm<f3<+11.07mm，1.72<ND3<1.82，-31.52mm<R31<+56.25mm，-7.11mm<R32<-3.73mm；

+2.40mm<f4<+4.11mm，1.51<ND4<1.58，+2.61mm<R41<+5.45mm，-3.48mm<R42<-1.92mm；

-4.02mm<f5<-2.10mm，1.60<ND5<1.66，-37.37mm<R51<-2.84mm，

+2.48mm<R52<+3.20mm；

+3.26mm<f6<+5.81mm，1.51<ND6<1.58，+2.94mm<R61<+4.27mm，

-23.29mm<R62<+297.96mm，第一透镜(1)的焦距为“f1”，所述第一透镜(1)的折射率为“ND1”，所述第一透镜(1)的前后表面曲率半径分别为“R11、R12”，所述第二透镜(2)的焦距为“f2”，所述第二透镜(2)的折射率为“ND2”，所述第二透镜(2)的前后表面曲率半径分别为“R21、R22”，所述第三透镜(3)的焦距为“f3”，所述第三透镜(3)的折射率为“ND3”，所述第三透镜(3)的前后表面曲率半径分别为“R31、R32”，所述第四透镜(4)的焦距为“f4”，所述第四透镜(4)的折射率为“ND4”，所述第四透镜(4)的前后表面曲率半径分别为“R41、R42”，所述第五透镜(5)的焦距为“f5”，所述第五透镜(5)的折射率为“ND5”，所述第五透镜(5)的前后表面曲率半径分别为“R51、R52”，所述第六透镜(6)的焦距为“f6”，所述第六透镜(6)的折射率为“ND6”，所述第六透镜(6)的前后表面曲率半径分别为“R61、R62”,“-”号表示方向为负。

2.根据权利要求1所述的一种可耐高低温的高性价比玻塑混合鱼眼镜头，其特征在于：DFOV/TTL>7.69；

CRA/DFOV<0.25；

1.03<OBFL/EFL<1.56；

关系式中，所述镜头整体光学系统的焦距为EFL；所述镜头整体光学系统的总长为TTL；镜头系统的光学后截距为OBFL，即第六透镜像侧面离像面最近的一点到像面的距离；所述镜头系统的视场角为DFOV、主光线入射角为CRA。

3.根据权利要求1所述的一种可耐高低温的高性价比玻塑混合鱼眼镜头，其特征在于：所述第四透镜(4)、第五透镜(5)和第六透镜(6)的非球面都可用以下偶次非球面的方程式进行限定：

所述第二透镜(2)可用以下扩展非球面的方程式进行限定：

式中，式中k为二次曲面圆锥系数，r为镜片高度，c为镜片曲率，A-I为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶、16阶、18阶、20阶项系数。

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