CN114265182B

CN114265182B - 一种200°工作视场范围的鱼眼镜头

Info

Publication number: CN114265182B
Application number: CN202111568068.6A
Authority: CN
Inventors: 范丽荣; 乔国栋; 苏纯; 王力航
Original assignee: Changzhou Institute of Technology
Current assignee: Changzhou Institute of Technology
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-07-28
Anticipated expiration: 2041-12-21
Also published as: CN114265182A

Abstract

本发明涉及一种应用于超大视场光学系统的成像技术，具体为一种200°工作视场范围的鱼眼镜头,包括第一块透镜、第二块透镜和第三块透镜；所述第一块透镜、所述第二块透镜和所述第三块透镜均为负弯月型透镜，朝向物方和像方的光学面均凸向物方；第四透镜朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向物方；第五透镜朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；利用具有负光焦度的第一、第二和第三透镜对物方视场角进行压缩，保证了该鱼眼镜头的超大视场投影；光学系统中用到的材料种类比较少以及在设计中各透镜的两个光学面均采用球面设计，从而使得鱼眼镜头在设计过程中制造成本较低。

Description

一种200°工作视场范围的鱼眼镜头

技术领域

本发明涉及一种应用于超大视场光学系统的成像技术，具体为一种200°工作视场范围的鱼眼镜头。

背景技术

近些年来，随着图像传感器和数字图像处理技术的飞速发展，鱼眼镜头在各个领域越来越受到重用，并且应用的广度和深度也在不断地扩大，所需图像的分辨力也越来越高。包括鱼眼镜头在内的超大视场光学系统可以获得一般光学系统无法达到的视场范围，工作视场范围可超半空域，实现了普通成像系统无法实现的功能。超大的工作视场角导致鱼眼镜头前光组的入射角非常到，甚至大于70°，这就使得传统的近轴光学系统像差理论赛德尔像差理论的计算表达式及求解手段不再适用于此类光学系统的设计，不再能有效描述它们的成像性能以及成像规律，从而导致了人们对这种超大视场光学系统的像差分析、优化设计的研究非常困难，成像性能也不容易控制。

发明内容

针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种200°工作视场范围的鱼眼镜头，具有200°视场范围、大孔径、像面均匀性好、成像性能优越、超大视场范围、结构紧凑、易于加工等优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种200°工作视场范围的鱼眼镜头，包括第一块透镜、第二块透镜和第三块透镜；所述第一块透镜、所述第二块透镜和所述第三块透镜均为负弯月型透镜，朝向物方和像方的光学面均凸向物方；第四透镜朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向物方；第五透镜朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；第六透镜朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向物方；第七透镜朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向物方；第八透镜朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；第九透镜朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向像方；第十透镜朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向物方；第十一透镜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、第九透镜、第十透镜、第十一透镜各自的两个光学面均为球面；镜头的视场角为200°，总焦距为2.525mm，F/#值为2.8，总长度为166.70mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。

作为改进，所述第一透镜的材料为BK7HT，折射率n＝1.51633；第二透镜的材料为SK4,折射率n＝1.61272；第三透镜的材料为SSK3,折射率n＝1.61484；第四透镜的材料为N-FK5,折射率n＝1.48749；第五透镜的材料为SF56A,折射率n＝1.78470；第六透镜的材料为P-LAF37,折射率n＝1.7555；第七透镜的材料为SF56A,折射率n＝1.78470；第八透镜的材料为L-LAF37,折射率n＝1.74330；第九透镜的材料为P-LAF37,折射率n＝1.75550；第十透镜的材料为SF56A,折射率n＝1.78470；第十一透镜的材料为N-SK16,折射率n＝1.62041。

综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

本发明的设计利用具有负光焦度的第一、第二和第三透镜对物方视场角进行压缩，保证了该鱼眼镜头的超大视场投影；光学系统中用到的材料种类比较少以及在设计中各透镜的两个光学面均采用球面设计，从而使得鱼眼镜头在设计过程中制造成本较低；另外，在光学系统中采用了三个胶合透镜来校正系统的像差，因此使该鱼眼镜头具有超大视场范围、大孔径、像面均匀性好、成像性能优越、结构紧凑、易于加工等优点。

附图说明

图1是本发明超大视场大孔径鱼眼镜头的结构示意图。

图2是本发明超大视场大孔径鱼眼镜头的MTF曲线图。

图3是本发明超大视场大孔径鱼眼镜头的点列图。

图4是本发明超大视场大孔径鱼眼镜头的相对照度图。

图5是本发明超大视场大孔径鱼眼镜头的场曲和畸变曲线。

图6是是本发明超大视场大孔径鱼眼镜头的光路图。

图中：L₁、第一透镜；L₂、第二透镜；L₃、第三透镜；L₄、第四透镜；L₅、第五透镜；L₆、第六透镜；L₇、第七透镜；L₈、第八透镜；L₉、第九透镜；L₁₀、第十透镜；L₁₁、第十一透镜；L₁-L₁₉、光学面；

其中11光学面表示孔径光阑。

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。

如图1所示，超大视场、大孔径的鱼眼镜头，沿光轴方向从物方至像方，依次包括：具有负光焦度的第一透镜L₁，它的朝向物方和像方的光学面均凸向物方；具有负光焦度的第二透镜L₂，它的朝向物方和像方的光学面均凸向物方；具有负光焦度的第三透镜L₃，它的朝向物方和像方的光学面均凸向物方；具有负光焦度的第四透镜L₄，它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；具有正光焦度的第五透镜L₅，它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；具有负光焦度的第六透镜L₆，它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；孔径光阑；具有负光焦度的第七透镜L₇，它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；具有正光焦度第八透镜L₈，它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；具有正光焦度的第九透镜L₉，它的朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向像方；具有负光焦度的第十透镜L₁₀，它的朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向物方；具有正光焦度的第十一透镜L₁₁，它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。所述的第四透镜L₄、第五透镜L₅和第六透镜L₆组成三胶合透镜，所述第七透镜L₇和第八透镜L₈组成双胶合透镜，所述第十透镜L₁₀和第十一透镜L₁组成双胶合透镜，所述孔径光阑位于第六透镜L₆和第七透镜L₇之间。

所述第一透镜、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、第九透镜、第十透镜、第十一透镜各自的两个光学面均为球面。

镜头的视场角为200°，总焦距为2.525mm，F/#值为2.8，总长度为166.70mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。

所述第一透镜的材料为BK7HT折射率n＝1.51633；第二透镜的材料为SK4折射率n＝1.61272；第三透镜的材料为SSK3折射率n＝1.61484；第四透镜的材料为N-FK5折射率n＝1.48749；第五透镜的材料为SF56A折射率n＝1.78470；第六透镜的材料为P-LAF37折射率n＝1.7555；第七透镜的材料为SF56A折射率n＝1.78470；第八透镜的材料为L-LAF37折射率n＝1.74330；第九透镜的材料为P-LAF37折射率n＝1.75550；第十透镜的材料为SF56A折射率n＝1.78470；第十一透镜的材料为N-SK16折射率n＝1.62041。

所述的第四透镜L₄、第五透镜L₅和第六透镜L₆组成三胶合透镜，所述第七透镜L₇和第八透镜L₈组成双胶合透镜，所述第十透镜L₁₀和第十一透镜L₁₁组成双胶合透镜，它们对校正鱼眼镜头的像差起到了非常重要的作用。

图2、图3、图4和图5分别为超大视场大孔径鱼眼镜头的调制传递函数MTF曲线、像面点列图、相对照度、场曲和F-theta畸变图。从图2和图3可以得到该鱼眼镜头的成像质量非常高，即使在超大工作视场≥90°30条线时子午和弧矢方向的MTF值均可达0.78；从图4能够得到该鱼眼镜头的相对照度非常高；从图5中可以得出该鱼眼镜头的场曲非常小，畸变也满足使用要求。

本实施例所述的超大视场大孔径鱼眼镜头的光学结构参数如表1所示。

表1超大视场大孔径鱼眼镜头的光学结构参数

表1中，沿光轴方向从物平面到像平面，1、2分别对应为第一透镜L₁的朝向物方和像方的光学面；3、4分别对应为第二透镜L₂的朝向物方和像方的光学面；5、6分别对应为第三透镜L₃的朝向物方和像方的光学面；7、8分别对应为第四透镜L₄的朝向物方和像方的光学面；8、9分别对应为第五透镜L₅的朝向物方和像方的光学面；9、10分别对应为第六透镜L₆的朝向物方和像方的光学面；12、13分别对应为第七透镜L₇的朝向物方和像方的光学面；13、14分别对应为第八透镜L₈的朝向物方和像方的光学面；15、16分别对应为第九透镜L₉的朝向物方和像方的光学面；17、18分别对应为第十透镜L₁₀的朝向物方和像方的光学面；18、19分别对应为第十一透镜L₁₁的朝向物方和像方的光学面。其中，第四透镜L₄、第五透镜L₅、第六透镜L₆组成三胶合透镜，因此8既是第四透镜L₄的朝向像方的光学面，又是第五透镜L₅的朝向物方的光学面，9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；第七透镜L₇和第八透镜L₈组成双胶合透镜，因此，13既是第七透镜L₇的朝向像方的光学面，又是第八透镜L₈的朝向物方的光学面；第十透镜L₁₀和第十一透镜L₁₁组成胶合透镜，因此18既是第十透镜L₁₀的朝向像方的光学面，又是第十一透镜L₁₁的朝向物方的光学面。

图6是根据图1所示的超大视场大孔径鱼眼镜头的光路图。

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，结构紧凑，更加便于加工和安装。

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

1.一款200°工作视场范围的鱼眼镜头，其特征在于：由第一透镜(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)、第十透镜(L₁₀)和第十一透镜(L₁₁)组成；所述第一透镜(L₁)、所述第二透镜(L₂)和所述第三透镜(L₃)均为负弯月型透镜，朝向物方和像方的光学面均凸向物方；所述第四透镜(L₄)朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向物方；所述第五透镜(L₅)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)朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向物方；所述第七透镜(L₇)朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向物方；所述第八透镜(L₈)朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；所述第九透镜(L₉)朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向像方；所述第十透镜(L₁₀)朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向物方；所述第十一透镜(L₁₁)朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；

所述第一透镜(L₁)、所述第二透镜(L₂)、所述第三透镜(L₃)、所述第四透镜(L₄)、所述第五透镜(L₅)、所述第六透镜(L₆)、所述第七透镜(L₇)、所述第八透镜(L₈)、所述第九透镜(L₉)、所述第十透镜(L₁₀)、所述第十一透镜(L₁₁)各自的两个光学面均为球面；

镜头的视场角为200°，总焦距为2.525mm，F/#值为2.8，总长度为166.70mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm；

所述第九透镜(L₉)的焦距为正值，所述第十透镜(L₁₀)的焦距为负值。

2.根据权利要求1所述的200°工作视场范围的鱼眼镜头，其特征在于：所述第一透镜(L₁)的材料为BK7HT,折射率n＝1.51633；第二透镜(L₂)的材料为SK4，折射率n＝1.61272；第三透镜(L₃)的材料为SSK3,折射率n＝1.61484；第四透镜(L₄)的材料为N-FK5,折射率n＝1.48749；第五透镜(L₅)的材料为SF56A,折射率n＝1.78470；第六透镜(L₆)的材料为P-LAF37,折射率n＝1.7555；第七透镜(L₇)的材料为SF56A,折射率n＝1.78470；第八透镜(L₈)的材料为L-LAF37,折射率n＝1.74330；第九透镜(L₉)的材料为P-LAF37,折射率n＝1.75550；第十透镜(L₁₀)的材料为SF56A,折射率n＝1.78470；第十一透镜(L₁₁)的材料为N-SK16,折射率n＝1.62041。