CN115097597A - 一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头 - Google Patents

一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学镜头技术领域的一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头，包括镜头外壳及镜头外壳内设置的光学系统，光学系统包括沿光轴方向从物侧到像侧依次设置的第一弯月型透镜、第二弯月型透镜、第三弯月型透镜、第一双凸透镜、光阑、第一胶合透镜组、第三双凸透镜、滤光片和像面；第一胶合透镜组包括胶合在一起的第一双凹透镜及第二双凸透镜；第三弯月型透镜的有效焦距与光学系统的有效焦距满足设定关系：4.5＜|f1/f|＜5.5；第三双凸透镜的有效焦距与光学系统的有效焦距满足设定关系：3.9＜|f2/f|＜4.5。本发明实现了超广角和大光圈的兼顾，视场角大，采用G+P结构，提升光学性能，成本低、F‑THETA畸变小，耐温性良好，有效适应高温或低温的场合。

Description

一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，具体地，涉及一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头。
背景技术
鱼眼镜头是一种前镜片直径很短且呈抛物状并向镜头前部凸出的广角镜头，其焦距极短且视场角高达180°～200°。由于具有超大的视场角优势，鱼眼镜头被广泛应用于高清运动相机、无人机相机、全景监控等摄像领域。随着光学镜头技术的发展，其技术指标需求不断提高，为了获得高分辨率的成像，大广角类鱼眼镜头需要进行倍率色差校正。在现有技术中，很多鱼眼镜头采用较多塑胶非球面的镜片，使得校正倍率比较难以实现，且塑胶对温度比较敏感，使鱼眼镜头难以适用于高温或低温的场合。
现有技术中，申请号为202121548317.0的实用新型公开了鱼眼镜头光学系统，所述鱼眼镜头光学系统通过使最靠像侧的透镜沿光轴移动来进行焦点调整，所述鱼眼镜头光学系统的视角超过180°，最靠物侧的第一透镜是物侧面为凸面且像侧面为凹面的负光焦度的透镜。该发明光学系统的f-θ畸变小，视场角大，分辨率高，且AF结构简单化，能够快速地对焦，从而能够容易地实现远近景AF功能。但是存在如下问题：1、视场角为195度，满足不了用户对于大视角度的需求。2、光圈为F2.8，进光量少，拍摄效果整体偏暗。3、结构复杂，采用14个镜片，增大了镜头体积和长度，提高了生产成本。
因此，急需一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头解决上述技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头，包括镜头外壳及镜头外壳内设置的光学系统，所述光学系统包括沿光轴方向从物侧到像侧依次设置的光焦度为负的第一弯月型透镜、光焦度为负的第二弯月型透镜、光焦度为负的第三弯月型透镜、光焦度为正的第一双凸透镜、光阑、光焦度为正的第一胶合透镜组，光焦度为正的第三双凸透镜、滤光片和像面；所述第一胶合透镜组包括胶合在一起的光焦度为负的第一双凹透镜及光焦度为正的第二双凸透镜；
所述第三弯月型透镜的有效焦距与所述光学系统的有效焦距满足第一设定关系：4.5＜|f1/f|＜5.5；所述第三双凸透镜的有效焦距与所述光学系统的有效焦距满足第二设定关系：3.9＜|f2/f|＜4.5；其中f1表示所述第三弯月型透镜的有效焦距，f2表示所述第三双凸透镜的有效焦距，f表示所述光学系统的有效焦距。
优选的，所述第一弯月型透镜、第二弯月型透镜、第三弯月型透镜的凹面均朝向像侧。
优选的，所述第三弯月型透镜、第三双凸透镜的阿贝系数均等于55.7。
优选的，所述光学系统的相对孔径为F1.8。
优选的，所述光学系统满足L/h<4.77；其中，L表示所述光学系统的总长度，h表示所述像面的大小。
优选的，所述第一弯月型透镜的折射率与所述第二弯月型透镜的折射率均大于1.7且小于2.0。
优选的，所述第一双凸透镜的折射率与所述第一双凹透镜的折射率均大于1.9且小于2.1。
优选的，所述第三弯月型透镜和第三双凸透镜为塑胶非球面透镜。
本发明还包括能够使一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头正常使用的其它组件，均为本领域的常规技术手段。另外，本发明中未加限定的装置或组件均采用本领域中的常规技术手段，如光阑元件、滤光片、像面、塑胶非球面透镜等均为本领域常规设备。
本发明的工作原理是，本发明通过采用合理光焦度分配的具有特定结构形状的透镜组成的光学系统,有效的修正了鱼眼镜头的F-THETA畸变，能满足人们对边缘视野的高要求，此外，采用本发明提供的光学透镜系统的结构形状，光学玻璃材质的阿贝系数等参数与成像条件匹配较佳，使得透镜系统的球差、慧差、象散、场曲、位置色差、倍率色差得到很好的校正，保证在整个像面都能均匀成像的同时，也可以保持高低温情况下离焦曲线的稳定，实现整个光学系统的耐温性。其中第三透镜和第七透镜两片透镜采用塑胶材质的非球面透镜，在有效降低镜头重量及制造成本的情况下不影响倍率色差校正，提高了产品竞争力。
本发明的有益效果，实现了超广角和大光圈的兼顾，视场角大。采用G+P结构，提升光学性能，成本低，F-THETA畸变小。耐温性良好，高温及低温条件下离焦曲线稳定，保证解析力要求，有效适应高温或低温的场合。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明实施例的光学系统示意图；
图2为本发明实施例的20℃时125lp/mm离焦曲线图；
图3为本发明实施例的85℃时125lp/mm离焦曲线图；
图4为本发明实施例的-40℃时125lp/mm离焦曲线图；
图5为本发明实施例的20℃时100lp/mm MTF解析图；
图6为本发明实施例的85℃时100lp/mm MTF解析图；
图7为本发明实施例的-40℃时100lp/mm MTF解析图；
图8为本发明实施例的场曲图；
图9为本发明实施例的F-THETA畸变图；
图10为本发明实施例中光学系统中各透镜结构示意图。
图中：1.第一弯月型透镜，2.第二弯月型透镜，3.第三弯月型透镜，4.第一双凸透镜，5.光阑，6.第一双凹透镜，7.第二双凸透镜，8、第三双凸透镜，9、滤光片，10、像面。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图以及具体实施例对本发明进行清楚地描述，在此处的描述仅仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例
如图1-9所示，本发明提供了一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头，包括镜头外壳及镜头外壳内设置的光学系统，所述光学系统包括沿光轴方向从物侧到像侧依次设置的光焦度为负的第一弯月型透镜1、光焦度为负的第二弯月型透镜2、光焦度为负的第三弯月型透镜3、光焦度为正的第一双凸透镜4、光阑5、光焦度为正的第一胶合透镜组，光焦度为正的第三双凸透镜8、滤光片9和像面10；所述第一胶合透镜组包括胶合在一起的光焦度为负的第一双凹透镜6及光焦度为正的第二双凸透镜7；
所述第三弯月型透镜的有效焦距与所述光学系统的有效焦距满足第一设定关系：4.5＜|f1/f|＜5.5；所述第三双凸透镜的有效焦距与所述光学系统的有效焦距满足第二设定关系：3.9＜|f2/f|＜4.5；其中f1表示所述第三弯月型透镜的有效焦距，f2表示所述第三双凸透镜的有效焦距，f表示所述光学系统的有效焦距。
所述第一弯月型透镜、第二弯月型透镜、第三弯月型透镜的凹面均朝向像侧。
所述第三弯月型透镜、第三双凸透镜的阿贝系数均等于55.7。
所述光学系统的相对孔径为F1.8。
所述光学系统满足L/h<4.77；其中，L表示所述光学系统的总长度，h表示所述像面的大小。
所述第一弯月型透镜的折射率与所述第二弯月型透镜的折射率均大于1.7且小于2.0。
所述第一双凸透镜的折射率与所述第一双凹透镜的折射率均大于1.9且小于2.1。
所述第三弯月型透镜和第三双凸透镜为塑胶非球面透镜。
本实施例中光学系统中各透镜表面的R值、厚度等参数如表1所示：
surf Type Radius Thickness Index ABB EFL-E
OBJ STANDARD INFINITY INFINITY
1 STANDARD 14.95 0.94 1.77 49.6 -9.435
2 STANDARD 4.777 2.708625789
3 STANDARD 13.76 0.8 1.77 49.6 -4.569
4 STANDARD 2.76 1.397297814
5 EVENASPH 14.94906016 0.9 1.54 55.7 -4.637
6 EVENASPH 2.070042713 1.038568968
7 STANDARD 6.009 2.36 1.92 20.9 3.566
8 STANDARD -6.009 0.255393822
9 STANDARD INFINITY 0
10 STANDARD INFINITY 1.025691432
STO STANDARD INFINITY 0.218991061
12 STANDARD -10.1 0.6 1.95 18 -7.253
13 STANDARD 2.78 1.51 1.83 42.7 7.715
14 STANDARD -5.052 0.02
15 EVENASPH 3.988270192 1.91 1.54 55.7 4.031
16 EVENASPH -3.938217617 0.5
17 STANDARD INFINITY 0.7 1.52 64.2
18 STANDARD INFINITY 1.4
IMA STANDARD INFINITY 0
表1
表1中所组成的光学系统有效焦距为0.92mm，通光孔径为F/1.8，光学系统总长为18.4mm，像面大小为3.86，视场角2w为240度。在表1中，镜面序号1、2依次代表第一弯月型透镜的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号3、4依次代表第二弯月型透镜的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号5、6依次代表第三弯月型透镜的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号7、8依次代表第一双凸透镜的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号12代表第一双凹透镜朝向物方的镜面，镜面序号13代表第一双凹透镜和第二双凸透镜的胶合面，镜面序号14代表第二双凸透镜朝向像方的镜面，镜面序号15、16依次代表第三双凸透镜的沿光线入射方向的两个镜面。
本发明实施例中第三弯月型透镜和第三双凸透镜的非球面参数如表2所示：
SURFACE:5
k＝13.41783822027
a4＝0.03719700540614
a6＝-0.007561905246328
a8＝0.0009261527627941
a10＝-0.000927341172950999
a12＝0.000005626026790111
R1＝14.9490601693099
SURFACE:6
k＝-0.304725237323
a4＝0.04407077173602
a6＝-0.009545075668567
a8＝-0.0002382955855005
a10＝0.000079275443141
a12＝-0.000008906063840405
R2＝2.07004271304829
SURFACE:15
k＝-0.99958678401
a4＝-0.003675978373369
a6＝-0.00005065759372067
a8＝0.000047375222075
a10＝-0.0000178149750474
a12＝0.000005843261709418
R1＝3.98827019226695
SURFACE:16
k＝-5.980653058479
a4＝-0.003311077116503
a6＝0.0004245857729773
a8＝-0.00004607716564385
a10＝-0.0000296362766373
a12＝0.00000567776165017
R2＝-3.93821761701344
表2非球面系数满足如下方程：
Figure BDA0003685665030000071
其中，z为非球面矢高，c为非球面近轴曲率，y为镜头口径，k为圆锥系数，a4为4次非球面系数、a6为6次非球面系数、a8为8次非球面系数、a10为10次非球面系数、a12为12次非球面系数。
上述实施例中，图5为可见光波段的调制传递函数(MTF)曲线图，代表了光学系统的综合解像能力，图中横轴表示空间频率，单位：圈数每毫(cycles/mm)，纵轴表示调制传递函数(MTF)的数值，MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，特别指出，光学传递函数是用来评价一个光学系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强；从图5可以看出，可见光波段在空间频率为100lp/mm时，中心附近成像区域MTF>0.7,成像质量好，从图2离焦曲线图中可以看出该镜头的MTF集中度良好，方便调焦。图10中，E1为光焦度为负的第一弯月型透镜、E2为光焦度为负的第二弯月型透镜、E3为光焦度为负的第三弯月型透镜、E4为光焦度为正的第一双凸透镜、E5为光焦度为负的第一双凹透镜、E6为光焦度为正的第二双凸透镜、E7为光焦度为正的第三双凸透镜；
S1-S8及S12-S16分别表示各透镜的镜面序号，其中镜面序号S1、S2依次代表第一弯月型透镜的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号S3、S4依次代表第二弯月型透镜的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号S5、S6依次代表第三弯月型透镜的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号S7、S8依次代表第一双凸透镜的沿光线入射方向的两个镜面；镜面序号S12代表第一双凹透镜朝向物方的镜面，镜面序号S13代表第一双凹透镜和第二双凸透镜的胶合面，镜面序号S14代表第二双凸透镜朝向像方的镜面，镜面序号S15、S16依次代表第三双凸透镜的沿光线入射方向的两个镜面；STO表示光阑。
本实施例提供的光学系统对各种像差，如球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差等进行了校正，从而提高了分辨率。由图2和图5可知，本实施例的光学镜头已经将各种像差校正及平衡到一个较好的水平。
本发明实施例中，光学镜头结构紧凑；采用五片全玻镜片和2片非球面塑胶镜片，实现了超广角和大光圈的兼顾，F NO.达到1.8，视场角最大达到240度。采用G+P结构，提升光学性能，F-THETA畸变小。耐温性良好，高温85度、低温-40度离焦曲线稳定，保证解析力要求。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头，包括镜头外壳及镜头外壳内设置的光学系统，其特征在于：所述光学系统包括沿光轴方向从物侧到像侧依次设置的光焦度为负的第一弯月型透镜、光焦度为负的第二弯月型透镜、光焦度为负的第三弯月型透镜、光焦度为正的第一双凸透镜、光阑、光焦度为正的第一胶合透镜组、光焦度为正的第三双凸透镜、滤光片和像面；所述第一胶合透镜组包括胶合在一起的光焦度为负的第一双凹透镜及光焦度为正的第二双凸透镜；
所述第三弯月型透镜的有效焦距与所述光学系统的有效焦距满足第一设定关系：4.5＜|f1/f|＜5.5；所述第三双凸透镜的有效焦距与所述光学系统的有效焦距满足第二设定关系：3.9＜|f2/f|＜4.5；其中f1表示所述第三弯月型透镜的有效焦距，f2表示所述第三双凸透镜的有效焦距，f表示所述光学系统的有效焦距。
2.根据权利要求1所述的一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头，其特征在于：所述第一弯月型透镜、第二弯月型透镜、第三弯月型透镜的凹面均朝向像侧。
3.根据权利要求1所述的一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头，其特征在于：所述第三弯月型透镜、第三双凸透镜的阿贝系数均等于55.7。
4.根据权利要求1所述的一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头，其特征在于：所述光学系统的相对孔径为F1.8。
5.根据权利要求1所述的一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头，其特征在于：所述光学系统满足L/h<4.77；其中，L表示所述光学系统的总长度，h表示所述像面的大小。
6.根据权利要求1所述的一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头，其特征在于：所述第一弯月型透镜的折射率与所述第二弯月型透镜的折射率均大于1.7且小于2.0。
7.根据权利要求1所述的一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头，其特征在于：所述第一双凸透镜的折射率与所述第一双凹透镜的折射率均大于1.9且小于2.1。
8.根据权利要求1所述的一种玻塑混合热漂移稳定鱼眼镜头，其特征在于：所述第三弯月型透镜和第三双凸透镜为塑胶非球面透镜。
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