CN114994876A - 一种宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十三透镜，该第一透镜至第十三透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。本发明光学镜头能够工作在可见光和红外波段，使得能够镜头系统在黑暗环境下也可以得到清晰的像；提供了一种宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头，该镜头具有大视场角、工作波段宽、相对照度较高、像面均匀性好、尺寸较小、结构紧凑且成像质量好，易于加工和安装及装调等优点。
Description
技术领域
本发明涉及应用光学领域中的鱼眼镜头系统，特别是一种用于宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头。
背景技术
近年来，随着光学成像元器件的加工及安装装调水平不断提高，以及图像传感器分辨率越来越高，使得人们对于监控设备的工作性能要求也越来越高。然而，设备中最核心的部分是光学镜头，镜头成像分辨率的好坏直接影响监控设备的工作性能。对于目前的监控设备中，往往采用常规的光学镜头，这将导致其在监控大范围是需要安装对个镜头或采用旋转拍摄多个图像进行拼接等方法来实现；同时，它很难实现在白天和夜晚均能获得较清晰的图像；对于以上监控设备存在的问题，能够采用具有大视场角拍摄的鱼眼镜头作为设备的光学系统，并且使该镜头系统能够在可见光和红外波段宽光谱情况下均具有较高分辨率，因此，设计出一种能够用于宽光谱的鱼眼镜头系统具有重要的应用价值，这也是目前光学镜头设计领域中一直需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头。
本发明采用了如下技术方案：一种宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十三透镜，该第一透镜至第十三透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
该第一透镜具负光焦度，该第一透镜的物侧面为凹面，该第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具负光焦度，该第二透镜的物侧面为凸面，该第二透镜的像侧面为凹面；第三透镜具负光焦度，该第三透镜的物侧面为凹面，该第三透镜的像侧面为凹面；第四透镜具正光焦度，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为凸面；第五透镜具负光焦度，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凹面；第六透镜具正光焦度，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凹面；第七透镜具正光焦度，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凸面；第八透镜具负光焦度，该第八透镜的物侧面为凹面，该第八透镜的像侧面为凹面；第九透镜具负光焦度，该第九透镜的物侧面为凹面，该第九透镜的像侧面为凹面；该第十透镜具正光焦度，该第十透镜的物侧面为凹面，该第十透镜的像侧面为凸面；该第十一透镜具正光焦度，该第十一透镜的物侧面为凸面，该第十透镜的像侧面为凸面；该第十二透镜具负光焦度，该第十二透镜的物侧面为凹面，该第十二透镜的像侧面为凹面；该第十三透镜具正光焦度，该第十三透镜的物侧面为凸面，该第十三透镜的像侧面为凸面；所述第九和第十透镜相互胶合。
优选地，所述第八和第九透镜之间设置有孔径光阑。
优选地，所述第十透镜具有这十三个透镜中最小的折射率，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜具有相同的折射率且为这十三个透镜中最大的折射率。
优选地，所述第一透镜的光学折射率1.8<N1<1.85，所述第二透镜的光学折射率1.8<N2<1.85，所述第三透镜的光学折射率1.8<N3<1.85，所述第四透镜的光学折射率1.8<N4<1.85，所述第五透镜的光学折射率1.65<N5<1.7，所述第六透镜的光学折射率1.7<N6<1.75，所述第七透镜的光学折射率1.6<N7<1.65所述第八透镜的光学折射率1.75<N8<1.8，所述第九透镜的光学折射率1.75<N9<1.8，所述第十透镜的光学折射率1.45<N10<1.5，所述第十一透镜的光学折射率1.7<N11<1.75，所述第十二透镜的光学折射率1.7<N12<1.75，所述第十三透镜的光学折射率1.6<N13<1.65。
优选地，所述第一透镜的阿贝数40<Vd1<45，所述第二透镜的阿贝系数40<Vd1<45，所述第三透镜的阿贝系数40<Vd3<45，所述第四透镜的阿贝系数40<Vd4<45，所述第五透镜的阿贝系数45<Vd5<50，所述第六透镜的阿贝系数40<Vd6<45，所述第七透镜的阿贝系数35<Vd7<40，所述第八透镜的阿贝系数25<Vd8<30，所述第九透镜的阿贝系数30<Vd9<35，所述第十透镜的阿贝系数70<Vd10<75，所述第示意透镜的阿贝系数40<Vd11<45，所述第十二透镜的阿贝系数25<Vd12<30，所述第十三透镜的阿贝系数60<Vd13<65。
优选地，所述第一透镜的厚度2mm<D1<3mm，所述第二透镜的厚度3mm<D2<4mm，所述第三透镜的厚度1mm<D3<2mm，所述第四透镜的厚度3mm<D4<4mm，所述第五透镜的厚度1mm<D5<2mm，所述第六透镜的厚度3mm<D6<4mm，所述第七透镜的厚度2mm<D7<4mm，所述第八透镜的厚度1mm<D8<2mm，所述第九透镜的厚度0.5mm<D9<1mm，所述第十透镜的厚度0.5mm<D10<1mm，所述第十一透镜的厚度0.5mm<D11<1mm，所述第十二透镜的厚度0.5mm<D12<1mm，所述第十三透镜的厚度0.5mm<D13<1mm。
优选地，镜头光学系统的全视场角为120°，总焦距为3.27mm，F数的值为5，总长为68.35mm，后工作距离为9.16mm
本发明具有如下有益效果：本发明光学镜头能够工作在可见光和红外波段，使得能够镜头系统在黑暗环境下也可以得到清晰的像；本发明将镜头光学系统以孔径光阑为界，将其分为第一透镜组和第二透镜组，并应用光线追迹软件方法分析第一透镜组的初级波像差，应用赛德尔像差理论计算第二透镜组的初级波像差；然后，应用整个镜头系统像差校正的原理，建立系统的初级波像差校正方程求解系统结构参数，在该镜头系统基础上，结合光学设计软件对其反复的像差校正，最终达到像差校正到最为理想的情况，提供了一种宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头，该镜头具有大视场角、工作波段宽、相对照度较高、像面均匀性好、尺寸较小、结构紧凑且成像质量好，易于加工和安装及装调等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的调制传递函数(MTF)曲线图；
图3是本发明实施例不同视场角对应的相对照度的曲线图；
图4是本发明实施例的光路示意图。
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-第七透镜；8-第八透镜；9-第九透镜；10-第十透镜；11-第十一透镜；12-第十二透镜；13-第十三透镜；14-孔径光阑。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
以下仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于下述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
参考说明书附图1-4，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十三透镜，该第一透镜至第十三透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
该第一透镜具负光焦度，该第一透镜的物侧面为凹面，该第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具负光焦度，该第二透镜的物侧面为凸面，该第二透镜的像侧面为凹面；第三透镜具负光焦度，该第三透镜的物侧面为凹面，该第三透镜的像侧面为凹面；第四透镜具正光焦度，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为凸面；第五透镜具负光焦度，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凹面；第六透镜具正光焦度，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凹面；第七透镜具正光焦度，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凸面；第八透镜具负光焦度，该第八透镜的物侧面为凹面，该第八透镜的像侧面为凹面；第九透镜具负光焦度，该第九透镜的物侧面为凹面，该第九透镜的像侧面为凹面；该第十透镜具正光焦度，该第十透镜的物侧面为凹面，该第十透镜的像侧面为凸面；该第十一透镜具正光焦度，该第十一透镜的物侧面为凸面，该第十透镜的像侧面为凸面；该第十二透镜具负光焦度，该第十二透镜的物侧面为凹面，该第十二透镜的像侧面为凹面；该第十三透镜具正光焦度，该第十三透镜的物侧面为凸面，该第十三透镜的像侧面为凸面；所述第九和第十透镜相互胶合。所述第八和第九透镜之间设置有孔径光阑。
所述第一透镜的材料为N-LASF41(折射率为1.83501，阿贝数为43.13)，第二透镜的材料为N-LASF41(折射率为1.83501，阿贝数为43.13)、第三透镜的材料为N-LASF41(折射率为1.83501，阿贝数为43.13)、第四透镜的材料为N-LASF41(折射率为1.83501，阿贝数为43.13)、第五透镜的材料为H-LAF1(折射率为1.69363，阿贝数为49.23)、第六透镜的材料为N-LAF2(折射率为1.74397，阿贝数为44.85)、第七透镜的材料为F4(折射率为1.61659，阿贝数为36.63)、第八透镜的材料为SF4(折射率为1.75520，阿贝数为27.58)、第九透镜的材料为LAF11A(折射率为1.75693，阿贝数为31.70)、第十透镜的材料为N-FK5(折射率为1.48749，阿贝数为70.41)、第十一透镜的材料为LAFN8(折射率为1.73520，阿贝数为41.59)、第十二透镜的材料为SF63(折射率为1.74840，阿贝数为27.71)和第十三透镜的材料为N-SK16(折射率为1.62041，阿贝数为60.32)。
在本发明实施例中，所述第一透镜到第二透镜之间的空气间隙为5.12mm，第二透镜到第三透镜之间的空气间隙为2.73mm，第三透镜到第四透镜之间的空气间隙为0.42mm，第四透镜到第五透镜之间的空气间隙为0.41mm，第五透镜到第六透镜之间的空气间隙为18.23mm，第六透镜到第七透镜之间的空气间隙为2.93mm，第七透镜到第八透镜之间的空气间隙为0.25mm，第八透镜到孔径光阑之间的空气间隙为2.08mm，孔径光阑至第九透镜之间的空气间隙为0.42mm，第十透镜到第十一透镜之间的空气间隙为0.41mm，第十一透镜到第十二透镜之间的空气间隙为1.66mm，第十二透镜到第十三透镜之间的空气间隙为0.39mm。
在本发明实施例中，镜头光学系统的全视场角为120°，总焦距为3.27mm，F数的值为5，总长为68.35mm，后工作距离为9.16mm，工作波长为400nm-1400nm。
参考说明书附图2，其为一种宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头在空间频率10lp/mm和30lp/mm的调制传递函数(MTF)曲线图，可以看出镜头全视场角范围内在子午和弧矢方向上的MTF值均大于0.6，表明该镜头的成像质量非常高；参考说明书附图3，其为一种宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头的相对曲线图，能够看出该镜头在全视场角范围的相对照度值均大于0.9，相对照度非常高。
在本发明实施例中，所述一种宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头的光学结构参数见表1：
表1一种宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头的光学结构参数
如表1所示。沿光轴方向从物方到像方，S1、S2分别对应为第1块透镜的朝向物方和像方的光学面；S3、S4分别对应为第2块透镜的朝向物方和像方的光学面；S5、S6分别对应为第3块透镜的朝向物方和像方的光学面；S7、S8分别对应为第4块透镜的朝向物方和像方的光学面；S9、S10分别对应为第5块透镜的朝向物方和像方的光学面；S11、S12分别对应为第6块透镜的朝向物方和像方的光学面；S13、S14分别对应为第7块透镜的朝向物方和像方的光学面；S15、S16分别对应为第8块透镜的朝向物方和像方的光学面；S17、S18分别对应为第9块透镜的朝向物方和像方的光学面；S18、S19分别对应为第10块透镜的朝向物方和像方的光学面；S20、S21分别对应为第11块透镜的朝向物方和像方的光学面；S22、S23分别对应为第12块透镜的朝向物方和像方的光学面；S24、S25分别对应为第13块透镜的朝向物方和像方的光学面。其中，S18对应为第9块透镜与第10块透镜的胶合面。
综上所述，借助于发明的上述技术方案，可以使得宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头具有大视场角、工作波段宽、相对照度较高、像面均匀性好、尺寸较小、结构紧凑且成像质量好，易于加工和安装及装调等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以验证本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改。等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头，其特征在于，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十三透镜，该第一透镜至第十三透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
该第一透镜具负光焦度，该第一透镜的物侧面为凹面，该第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具负光焦度，该第二透镜的物侧面为凸面，该第二透镜的像侧面为凹面；第三透镜具负光焦度，该第三透镜的物侧面为凹面，该第三透镜的像侧面为凹面；第四透镜具正光焦度，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为凸面；第五透镜具负光焦度，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凹面；第六透镜具正光焦度，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凹面；第七透镜具正光焦度，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凸面；第八透镜具负光焦度，该第八透镜的物侧面为凹面，该第八透镜的像侧面为凹面；第九透镜具负光焦度，该第九透镜的物侧面为凹面，该第九透镜的像侧面为凹面；该第十透镜具正光焦度，该第十透镜的物侧面为凹面，该第十透镜的像侧面为凸面；该第十一透镜具正光焦度，该第十一透镜的物侧面为凸面，该第十透镜的像侧面为凸面；该第十二透镜具负光焦度，该第十二透镜的物侧面为凹面，该第十二透镜的像侧面为凹面；该第十三透镜具正光焦度，该第十三透镜的物侧面为凸面，该第十三透镜的像侧面为凸面；所述第九和第十透镜相互胶合。
2.根据权利要求1所述的宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头，其特征在于，所述第八和第九透镜之间设置有孔径光阑。
3.根据权利要求1所述的宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头，其特征在于，所述第十透镜具有这十三个透镜中最小的折射率，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜具有相同的折射率且为这十三个透镜中最大的折射率。
4.根据权利要求3所述的宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头，其特征在于，所述第一透镜的光学折射率1.8<N1<1.85，所述第二透镜的光学折射率1.8<N2<1.85，所述第三透镜的光学折射率1.8<N3<1.85，所述第四透镜的光学折射率1.8<N4<1.85，所述第五透镜的光学折射率1.65<N5<1.7，所述第六透镜的光学折射率1.7<N6<1.75，所述第七透镜的光学折射率1.6<N7<1.65所述第八透镜的光学折射率1.75<N8<1.8，所述第九透镜的光学折射率1.75<N9<1.8，所述第十透镜的光学折射率1.45<N10<1.5，所述第十一透镜的光学折射率1.7<N11<1.75，所述第十二透镜的光学折射率1.7<N12<1.75，所述第十三透镜的光学折射率1.6<N13<1.65。
5.根据权利要求4所述的宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头，其特征在于，所述第一透镜的阿贝数40<Vd1<45，所述第二透镜的阿贝系数40<Vd1<45，所述第三透镜的阿贝系数40<Vd3<45，所述第四透镜的阿贝系数40<Vd4<45，所述第五透镜的阿贝系数45<Vd5<50，所述第六透镜的阿贝系数40<Vd6<45，所述第七透镜的阿贝系数35<Vd7<40，所述第八透镜的阿贝系数25<Vd8<30，所述第九透镜的阿贝系数30<Vd9<35，所述第十透镜的阿贝系数70<Vd10<75，所述第示意透镜的阿贝系数40<Vd11<45，所述第十二透镜的阿贝系数25<Vd12<30，所述第十三透镜的阿贝系数60<Vd13<65。
6.根据权利要求5所述的宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头，其特征在于，所述第一透镜的厚度2mm<D1<3mm，所述第二透镜的厚度3mm<D2<4mm，所述第三透镜的厚度1mm<D3<2mm，所述第四透镜的厚度3mm<D4<4mm，所述第五透镜的厚度1mm<D5<2mm，所述第六透镜的厚度3mm<D6<4mm，所述第七透镜的厚度2mm<D7<4mm，所述第八透镜的厚度1mm<D8<2mm，所述第九透镜的厚度0.5mm<D9<1mm，所述第十透镜的厚度0.5mm<D10<1mm，所述第十一透镜的厚度0.5mm<D11<1mm，所述第十二透镜的厚度0.5mm<D12<1mm，所述第十三透镜的厚度0.5mm<D13<1mm。
7.根据权利要求1-6之一所述的宽光谱日夜两用的监控鱼眼镜头，其特征在于，镜头光学系统的全视场角为120°，总焦距为3.27mm，F数的值为5，总长为68.35mm，后工作距离为9.16mm。
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