CN113960752A - 一种小畸变高分辨率鱼眼镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小畸变高分辨率鱼眼镜头，包括沿入射方向依次设置的凸凹负光焦度的第一透镜、双凹负光焦度的第二透镜、双凹负光焦度的第三透镜、双凸正光焦度的第四透镜、凸凹正光焦度的第五透镜、凹凸正光焦度的第六透镜、凹凸负光焦度的第七透镜、双凹正光焦度的第八透镜、凹凸负光焦度的第九透镜和双凸正光焦度的第十透镜，并合理设置各透镜的焦距和折射率。该镜头分辨率高、畸变小、加工成本低，在‑30℃～70℃范围内不离焦，成像效果好。

Description

一种小畸变高分辨率鱼眼镜头

技术领域

本发明属于光学镜头技术领域，具体涉及一种小畸变高分辨率鱼眼镜头。

背景技术

近年来随着智能家居的普及以及人们安全意识的增强，由此衍生出一系列防盗门猫眼的改造方案，在猫眼上加装镜头是一种较好的选择，利用鱼眼镜头的超广视场角可以无死角的监控及收集家门口的访客信息并及时对此类信息做出识别，避免一些意外发生。但焦距越短、视角越大，因光学原理产生的变形也就越强烈，现有技术中为了达到超广视场角，设计鱼眼镜头时不得不作出牺牲，即允许这种变形(桶形畸变)的合理存在，造成传统的鱼眼镜头拍摄的图像分辨率低、镜头孔径较小且畸变严重使人们对图像的识别存在一定障碍。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提出一种小畸变高分辨率鱼眼镜头，该镜头分辨率高、畸变小、加工成本低，在-30℃～70℃范围内不离焦，成像效果好，适用于家庭监控、防盗门猫眼观察及车载领域。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

本发明提出的一种小畸变高分辨率鱼眼镜头，包括沿入射方向依次设置的凸凹负光焦度的第一透镜L1、双凹负光焦度的第二透镜L2、双凹负光焦度的第三透镜L3、双凸正光焦度的第四透镜L4、凸凹正光焦度的第五透镜L5、凹凸正光焦度的第六透镜L6、凹凸负光焦度的第七透镜L7、双凹正光焦度的第八透镜L8、凹凸负光焦度的第九透镜L9和双凸正光焦度的第十透镜L10，各透镜依次对应的焦距为-8.5±5％、-6±5％、-7.3±5％、10±5％、12±5％、6.4±5％、-9.5±5％、4.5±5％、-5.6±5％、10.4±5％，依次对应的折射率为1.92±5％、1.62±5％、1.62±5％、1.85±5％、1.62±5％、1.59±5％、1.79±5％、1.59±5％、1.85±5％、1.57±5％，其中，“-”表示为负方向。

优选地，各透镜均为玻璃球面透镜。

优选地，至少一组相邻的两个透镜的阿贝数之差λ满足：25＜λ＜35。

优选地，第三透镜L3和第四透镜L4组成第一胶合透镜组B1，第六透镜L6和第七透镜L7组成第二胶合透镜组B2，第八透镜L8和第九透镜L9组成第三胶合透镜组B3。

优选地，第一透镜L1的物侧面曲率半径r满足：10mm≤r≤20mm。

优选地，小畸变高分辨率鱼眼镜头满足如下条件：

BFL/TTL≤0.2

其中，BFL为第十透镜L10的像侧面中心至像面在光轴上的距离；TTL为第一透镜L1的物侧面中心至像面在光轴上的距离。

优选地，小畸变高分辨率鱼眼镜头满足如下条件：

FOV/h/D≤4

其中，FOV为镜头的最大视场角；h为镜头最大视场角下的像高；D为镜头最大视场角下第一透镜L1的物侧面的最大通光口径。

优选地，小畸变高分辨率鱼眼镜头满足如下条件：

(FOV×f)/h≥63

其中，FOV为镜头的最大视场角；f为镜头的整组焦距值；h为镜头最大视场角下的像高。

优选地，第五透镜L5和第六透镜L6之间设有光阑STOP。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)该镜头通过合理分配各透镜间的正负光焦度及采用双高斯结构，在平衡色差提升成像效果的同时使结构更加紧凑，满足TTL≤26.9mm，FNO＝2，视场角可达180°，并大幅降低公差敏感性，在-30℃～70℃范围内不离焦，能在可见光条件下清晰成像，实现1.45μm*1.45μm的像素成像，保证成像分辨率达到350lp/mm，满足4K清晰成像要求，分辨率高、成像效果好，适用于家庭监控、防盗门猫眼观察及车载领域；

(2)通过镜片间的合理搭配，实现低畸变，并限定第一透镜的物侧面曲率半径实现大视场角，在视场角为180°时畸变小于10％；

(3)采用10G架构并使用较少的弯月透镜，如仅第七透镜采用弯月透镜且定芯系数大于0.1满足现有加工技术条件，且各镜片面型均满足现有加工技术条件，使得镜片加工难度降低，从而降低加工成本，适合大批量生产。

附图说明

图1为本发明的小畸变高分辨率鱼眼镜头的结构示意图；

图2为本发明实施例一在常温20℃环境下的MTF图；

图3为本发明实施例一在低温-30℃环境下的MTF图；

图4为本发明实施例一在高温70℃环境下的MTF图；

图5为本发明实施例一在可见光环境下的离焦曲线图；

图6为本发明实施例一的畸变图；

图7为本发明实施例二在常温20℃环境下的MTF图；

图8为本发明实施例二在低温-30℃环境下的MTF图；

图9为本发明实施例二在高温70℃环境下的MTF图；

图10为本发明实施例二在可见光环境下的离焦曲线图；

图11为本发明实施例二的畸变图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是在于限制本申请。

如图1所示，一种小畸变高分辨率鱼眼镜头，包括沿入射方向依次设置的凸凹负光焦度的第一透镜L1、双凹负光焦度的第二透镜L2、双凹负光焦度的第三透镜L3、双凸正光焦度的第四透镜L4、凸凹正光焦度的第五透镜L5、凹凸正光焦度的第六透镜L6、凹凸负光焦度的第七透镜L7、双凹正光焦度的第八透镜L8、凹凸负光焦度的第九透镜L9和双凸正光焦度的第十透镜L10，各透镜依次对应的焦距为-8.5±5％、-6±5％、-7.3±5％、10±5％、12±5％、6.4±5％、-9.5±5％、4.5±5％、-5.6±5％、10.4±5％，依次对应的折射率为1.92±5％、1.62±5％、1.62±5％、1.85±5％、1.62±5％、1.59±5％、1.79±5％、1.59±5％、1.85±5％、1.57±5％，其中，“-”表示为负方向。

其中，光线入射时通过各透镜依次调整光线入射角度达到成像质量要求，第一透镜L1用于汇聚光线，透镜L2、L3、L4以及透镜L5、L6、L7共同组成双高斯结构可有效优化轴外像差，第十透镜L10有利于平衡场曲。通过合理分配正负光焦度进行温度漂移补偿实现无热化设计，镜头结构紧凑，满足TTL≤26.9mm，光圈数FNO＝2，并大幅降低公差敏感性，在-30℃～70℃范围内不离焦使镜头工作更加稳定，适用于复杂环境；且能在可见光条件下清晰成像，实现1.45μm*1.45μm的像素成像，保证成像分辨率达到350lp/mm，满足4K清晰成像要求，在提升成像效果的同时节约加工成本，分辨率高、成像效果好，适用于家庭监控、防盗门猫眼观察及车载领域；还可降低系统的畸变，提高像质，且较少使用弯月透镜，使得镜片加工难度降低，适合大批量生产，在180°视场角下畸变小于10％。

在一实施例中，各透镜均为玻璃球面透镜。该镜头采用10G架构，耐磨性好、易于加工等。

在一实施例中，至少一组相邻的两个透镜的阿贝数之差λ满足：25＜λ＜35。有助于消除色差，提升成像质量。

在一实施例中，第三透镜L3和第四透镜L4组成第一胶合透镜组B1，第六透镜L6和第七透镜L7组成第二胶合透镜组B2，第八透镜L8和第九透镜L9组成第三胶合透镜组B3。第一胶合透镜组B1和第二胶合透镜组B2通过与第二透镜L2和第五透镜L5共同组成双高斯结构可有效优化轴外像差，第三胶合透镜组B3有助于消除色差，使镜头获得较高的成像质量。需要说明的是，第三透镜L3和第四透镜L4、第六透镜L6和第七透镜L7、第八透镜L8和第九透镜L9还可为分离式透镜。

在一实施例中，第一透镜L1的物侧面曲率半径r满足：10mm≤r≤20mm。可保证视场角达180°，并便于通过微调空气间隔数据保证解像效果良好，以及实现第一透镜L1的加工公差的适当放宽，节约成本。

在一实施例中，小畸变高分辨率鱼眼镜头满足如下条件：

BFL/TTL≤0.2

其中，BFL为第十透镜L10的像侧面中心至像面在光轴上的距离；TTL为第一透镜L1的物侧面中心至像面在光轴上的距离。

BFL即为镜头后焦距，TTL即为镜头光学总长，通过控制BFL与TTL的比值范围可在一定工作距范围内实现高质量成像。

在一实施例中，小畸变高分辨率鱼眼镜头满足如下条件：

FOV/h/D≤4

其中，FOV为镜头的最大视场角；h为镜头最大视场角下的像高；D为镜头最大视场角下第一透镜L1的物侧面的最大通光口径。

在一实施例中，小畸变高分辨率鱼眼镜头满足如下条件：

(FOV×f)/h≥63

其中，FOV为镜头的最大视场角；f为镜头的整组焦距值；h为镜头最大视场角下的像高。

该镜头通过控制视场角、像高及最大通光口径间比值范围，可有效控制其视点位置，保证通光口径满足设计需求，在最大像高固定时焦距越短、视场角越大，反之越小，通过控制这视场角、焦距和像高间的比值范围可使镜头对应不同传感器时确认合理的视场角。

在一实施例中，第五透镜L5和第六透镜L6之间设有光阑STOP。便于通过调节光通量，提高成像质量。

以下通过具体实施例的取值对本申请进行详细阐述。

实施例1：

本实施例中，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、第九透镜L9和第十透镜L10均为玻璃球面透镜，第五透镜L5和第六透镜L6之间设有光阑STOP，第十透镜L10和像面Image之间设有滤光片IR，第三透镜L3和第四透镜L4组成第一胶合透镜组B1，第六透镜L6和第七透镜L7组成第二胶合透镜组B2，第八透镜L8和第九透镜L9组成第三胶合透镜组B3。

具体地，本实施例的各透镜参数取值如下表1：

表1

表1中，面序号1-9、11-18依次对应为各透镜上沿入射方向设置的镜面，相互胶合的镜面表示为同一个镜面，即面序号6、12、15均为胶合镜面，面序号10为光阑STOP，面序号19和20分别为滤光片IR的物侧面和像侧面。

根据上述数据，如图2-6所示，常温20℃下MTF中心视场在350lp/mm时值大于0.52，在低温-30℃及高温70℃条件下温漂均较小，MTF值变化不大，此时的畸变值小于10％。

实施例2：

本实施例中，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、第九透镜L9和第十透镜L10均为玻璃球面透镜，第五透镜L5和第六透镜L6之间设有光阑STOP，第十透镜L10和像面Image之间设有滤光片IR，第三透镜L3和第四透镜L4组成第一胶合透镜组B1，第六透镜L6和第七透镜L7组成第二胶合透镜组B2，第八透镜L8和第九透镜L9组成第三胶合透镜组B3。

具体地，本实施例的各透镜参数取值如下表2：

表2

表2中，面序号1-9、11-18依次对应为各透镜上沿入射方向设置的镜面，相互胶合的镜面表示为同一个镜面，即面序号6、12、15均为胶合镜面，面序号10为光阑STOP，面序号19和20分别为滤光片IR的物侧面和像侧面。

根据上述数据，如图7-11所示，常温20℃下MTF中心视场在350lp/mm时值大于0.52，在低温-30℃条件下温漂较小，MTF值变化不大，在高温70℃下边缘视场的MTF值略有下降，但仍满足解像要求，此时的畸变值小于10％。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请描述较为具体和详细的实施例，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种小畸变高分辨率鱼眼镜头，其特征在于：所述小畸变高分辨率鱼眼镜头包括沿入射方向依次设置的凸凹负光焦度的第一透镜L1、双凹负光焦度的第二透镜L2、双凹负光焦度的第三透镜L3、双凸正光焦度的第四透镜L4、凸凹正光焦度的第五透镜L5、凹凸正光焦度的第六透镜L6、凹凸负光焦度的第七透镜L7、双凹正光焦度的第八透镜L8、凹凸负光焦度的第九透镜L9和双凸正光焦度的第十透镜L10，各所述透镜依次对应的焦距为-8.5±5％、-6±5％、-7.3±5％、10±5％、12±5％、6.4±5％、-9.5±5％、4.5±5％、-5.6±5％、10.4±5％，依次对应的折射率为1.92±5％、1.62±5％、1.62±5％、1.85±5％、1.62±5％、1.59±5％、1.79±5％、1.59±5％、1.85±5％、1.57±5％，其中，“-”表示为负方向。

2.如权利要求1所述的小畸变高分辨率鱼眼镜头，其特征在于：各所述透镜均为玻璃球面透镜。

3.如权利要求1所述的小畸变高分辨率鱼眼镜头，其特征在于：至少一组相邻的两个所述透镜的阿贝数之差λ满足：25＜λ＜35。

4.如权利要求1所述的小畸变高分辨率鱼眼镜头，其特征在于：所述第三透镜L3和第四透镜L4组成第一胶合透镜组B1，所述第六透镜L6和第七透镜L7组成第二胶合透镜组B2，所述第八透镜L8和第九透镜L9组成第三胶合透镜组B3。

5.如权利要求1所述的小畸变高分辨率鱼眼镜头，其特征在于：所述第一透镜L1的物侧面曲率半径r满足：10mm≤r≤20mm。

6.如权利要求1所述的小畸变高分辨率鱼眼镜头，其特征在于：所述小畸变高分辨率鱼眼镜头满足如下条件：

BFL/TTL≤0.2

其中，BFL为所述第十透镜L10的像侧面中心至像面在光轴上的距离；TTL为所述第一透镜L1的物侧面中心至像面在光轴上的距离。

7.如权利要求1所述的小畸变高分辨率鱼眼镜头，其特征在于：所述小畸变高分辨率鱼眼镜头满足如下条件：

FOV/h/D≤4

其中，FOV为镜头的最大视场角；h为镜头最大视场角下的像高；D为镜头最大视场角下所述第一透镜L1的物侧面的最大通光口径。

8.如权利要求1所述的小畸变高分辨率鱼眼镜头，其特征在于：所述小畸变高分辨率鱼眼镜头满足如下条件：

(FOV×f)/h≥63

其中，FOV为镜头的最大视场角；f为镜头的整组焦距值；h为镜头最大视场角下的像高。

9.如权利要求1所述的小畸变高分辨率鱼眼镜头，其特征在于：所述第五透镜L5和第六透镜L6之间设有光阑STOP。

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