CN202794677U - 鱼眼镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种鱼眼镜头，包括透镜组，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜和第二透镜为具有负屈光度的凸面朝向物方的球面透镜；所述第三透镜为具有负屈光度的凸面朝向物方的凸凹非球面透镜；所述第四透镜为具有正屈光度的凸面朝向物方的凸凹球面透镜；所述第五透镜为具有正屈光度的凸面朝向像方的凹凸非球面透镜。该鱼眼镜头采用三片球面镜片、两片非球面镜片相结合的设计，镜头数量少，结构简单紧凑，使得镜头高度较短，体积较小；同时具有较大的视场角及良好的成像效果。

Description

鱼眼镜头

技术领域

本实用新型涉及一种光学器件，尤其涉及一种鱼眼镜头。

背景技术

随着汽车工业的飞速发展，汽车行驶过程中造成的安全隐患也越来越多，如起步、倒车、转弯时驾驶人员存在视线盲区，容易造成交通事故，所以有必要在汽车上装载超广角镜头用于监控汽车周围的景象，保证汽车行驶的安全；目前开始流行的是全景视觉车载辅助系统，此系统是在汽车周围架设能覆盖车辆周边所有视场范围的超广角鱼眼镜头；对镜头传输过来的视频图像进行处理，最后生成全景鸟瞰图像并通过显示屏显示出来；此系统能够帮助驾驶员清楚了解并掌握车辆周围的环境，扫除视觉盲区，以完成安全的汽车行驶操作。镜头的成像性能及视场的大小决定此类超广角鱼眼镜头的优劣，因而镜头的性能及视场成为设计超广角镜头的重要考虑因素。

传统的超广角鱼眼镜头往往镜片数量较多，从六片镜片到十几片镜片都有，有的镜头中使用到胶合镜片，造成镜头体积较大，物料昂贵，成本高，加工难度大等。

发明内容

本实用新型为解决现有的鱼眼镜头体积较大的问题，提供一种体较小同时具有较大视场角的鱼眼镜头。

本实用新型提供一种鱼眼镜头，包括透镜组，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；

所述第一透镜和第二透镜为具有负屈光度的凸面朝向物方的球面透镜；

所述第三透镜为具有负屈光度的凸面朝向物方的凸凹非球面透镜；

所述第四透镜为具有正屈光度的凸面朝向物方的凸凹球面透镜；

所述第五透镜为具有正屈光度的凸面朝向像方的凹凸非球面透镜；

所述透镜组满足以下条件：

f_1,2,3<0，1.2<∣f_1,2,3/f∣<1.8；

0<f_4,5，且0.2<f/f_4,5<0.35；

1.2<D/L；

其中f为整个光学镜头组件的有效焦距值；L为光学镜头组件的系统总长；D为第一透镜的外径；f_1,2,3为第一透镜、第二透镜、第三透镜的的合成焦距值；f_4，5为第四透镜与第五透镜的合成焦距值；

且所述第三透镜和第五透镜满足以下的非球面公式：

                                                

其中：z为以各非球面与光轴的交点为起点、垂直光轴方向的轴向值，k为二次曲面系数，c为透镜表面的中心曲率；r为透镜表面的高度，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇……为非球面系数。

进一步，所述第三透镜的凸面的中心区域到边缘区域之间至少具有一个反曲点。

进一步，还包括光阑，所述光阑位于第四透镜与第五透镜之间。

进一步，还包括滤光片，所述滤光片位于第五透镜朝向像方的一侧，所述滤光片至少一透光表面镀覆一层红外截止滤光膜。

进一步，所述滤光片的折射率n＝1.5168，色散v＝64.17。

进一步，所述第一透镜和第二透镜的折射率n_1,2<1.57，色散v_1,2>56。

进一步，所述第三透镜的折射率n₃<1.55，色散v₃>50。

进一步，所述第四透镜的折射率n₄>1.8，色散v₄<25。

进一步，所述第五透镜的折射率n₅<1.55，色散v₅>50。

进一步，所述第一透镜、第二透镜和第四透镜为玻璃镜片，所述第三透镜和第五透镜为塑胶镜片。

本实用新型的鱼眼镜头采用三片球面镜片、两片非球面镜片相结合的设计，镜头数量少，结构简单紧凑，使得镜头高度较短，体积较小；同时具有较大的视场角及良好的成像效果，横向视场角达到180°，全视场角大于220°。

附图说明

图1是本实用新型实施例鱼眼镜头的结构示意图；

图2是本实用新型实施例鱼眼镜头的MTF图；

图3是本实用新型实施例鱼眼镜头的畸变图；

图4是本实用新型实施例鱼眼镜头的横向色差图；

图5是本实用另一实施例鱼眼镜头的MTF图；

图6是本实用另一实施例鱼眼镜头的畸变图；

图7是本实用另一实施例鱼眼镜头的横向色差图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供一种鱼眼镜头，包括透镜组1，所述透镜组1包括同轴且自物方至像方依次排列的：第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14和第五透镜15；

所述第一透镜11和第二透镜12为具有负屈光度的凸面朝向物方的球面透镜；

所述第三透镜13为具有负屈光度的凸面朝向物方的凸凹非球面透镜；

所述第四透镜14为具有正屈光度的凸面朝向物方的凸凹球面透镜；

所述第五透镜15为具有正屈光度的凸面朝向像方的凹凸非球面透镜；

所述透镜组1满足以下条件：

f_1,2,3<0，1.2<∣f_1,2,3/f∣<1.8；

0<f_4,5，且0.2<f/f_4,5<0.35；

1.2<D/L；

其中f为整个鱼眼镜头的有效焦距值；L为鱼眼镜头的系统总长；D为第一透镜11的外径；f_1,2,3为第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13的合成焦距值；f_4，5为第四透镜14与第五透镜15的合成焦距值。

现有鱼眼镜头的第一片透镜的面型几乎成半球状，这种面型难以加工，良率低且成本高。本实用新型鱼眼镜头经过上述优化设计，第一透镜11的面型为弯月形，较为平缓，其设计值都是容易加工的，消除了一般鱼眼镜头第一片透镜的面型近乎半球面难于加工的弊端，降低了生产难度与生产成本，提升了产品良率。

进一步，所述第三透镜13的凸面的中心区域到边缘区域之间至少具有一个反曲点，使得第三透镜13的凸面的中心区域凸向物方，延伸至边缘区域则凸向像方。如此设计，可使本实用新型鱼眼镜头具有较大的视场角及良好的成像效果，改善成像效果。

具体地，第一透镜11和第二透镜12为具有负屈光度的弯月形球面透镜，所述第一透镜11包括第一表面110和第二表面111，第二透镜12包括第三表面120和第四表面121，其中第一表面110、第三表面120凸向物方。

所述第三透镜13为具有负屈光度的非球面透镜，包括第五表面130和第六表面131，其中第五表面130凸向物方，第六表面131为凹面，朝向于像方。

所述第四透镜14为具有正屈光度的球面透镜，包括第七表面140和第八表面141，其中第七表面140凸向物方，第八表面141为凹面，朝向于像方。

所述第五透镜15为具有正屈光度的非球面透镜，包括第九表面150和第十表面151，其中第九表面150为凹面，朝向于物方，第十表面151凸向像方。

本实用新型的第一透镜11、第二透镜12和第四透镜14为玻璃镜片，均采用低折射率，高色散值的玻璃材质；第三透镜13和第五透镜15为塑胶镜片，采用低折射率，高色散值的塑胶材质。玻璃镜片和塑胶镜片混合搭配使用，既可保证镜头的成像质量，又能减轻镜头重量，降低生产成本。

所述鱼眼镜头还包括光阑2，用于控制通过透镜的光通量，位于第四透镜14与第五透镜15之间。

所述鱼眼镜头还包括滤光片3，所述滤光片3位于第五透镜15朝向像方的一侧。优选地，滤光片3的折射率n＝1.5168，色散v＝64.17，可采用BK7型号的玻璃材质。此外，滤光片3至少一表面镀覆一层红外截止滤光膜（IR－cut Coating），以滤除来自于被摄物反射光线中的红外光线，从而提高成像质量。

进一步，第一透镜11和第二透镜12的折射率n_1,2<1.57，色散v_1,2>56。优选地，第一透镜11的折射率n₁=1.53 ，色散v₁=60.46，可采用H-BAK1型号的玻璃材质；第二透镜12的折射率n₂=1.54 ，色散v₂=59.73，可采用H-BAK2型号的玻璃材质。

第三透镜13的折射率n₃<1.55，色散v₃>50。优选地，第三透镜13的折射率n₃=1.531 ，色散v₃=56.04。

第四透镜14的折射率n₄>1.8，色散v₄<25。优选地，第四透镜14的折射率n₄=1.847 ，色散v₄=23.79。

第五透镜15的折射率n₅<1.55，色散v₅>50。优选地，第五透镜15的折射率n₅=1.531 ，色散v₅=56.04，可采用E48R型号的玻璃材质。

本实用新型中，所述第三透镜13和第五透镜15满足以下的非球面公式：

 

其中：z为以各非球面与光轴的交点为起点、垂直光轴方向的轴向值，k为二次曲面系数，c为透镜表面的中心曲率；r为透镜表面的高度，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇……为非球面系数。

本实施例提出了鱼眼镜头的相关参数，以使技术人员能更加清楚地知晓本实用新型的优点,具体如下：

表1 镜片参数

 

表2 非球面系数

 

a₂、a₄、a₆、a₈、a₁₀、a₁₂、a₁₄为非球面系数。

本实用新型的镜头有效焦距为f=0.888mm，其光学全长小于20mm，其镜头高度可做得比较短，减小体积。同时具有较大的视场角，横向视场角达到180°，全视场角大于220°，适用于监控，特殊摄影，车载泊车镜头等。

图2是本实用新型实施例鱼眼镜头的调制传递函数（Modulation Transfer Function，简称MTF）曲线图，图中横轴表示空间频率，单位：线对每毫米 （lp/mm）；纵轴表示调制传递函数（MTF）的数值，所述MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强。从图2可以看出，各视场子午方向(T)和弧矢方向(S)方向的MTF曲线很靠近，其表明：该镜头在各个视场，子午方向(T)和弧矢方向(S)这两个方向的成像性能具有良好的一致性，能保证镜头组件在整个成像面上都能清晰成像，而不会出现中间清晰、边缘模糊的情况。全视场内MTF非常集中，并且MTF曲线下降趋势平直，可以确保较佳的成像质量。

图3是本实用新型实施例鱼眼镜头的畸变图，畸变是镜头的一个重要性能参数，畸变越大，拍摄一条直线时，这条直线就越弯曲，如果畸变存在一个甚至多个拐点，看到的直线会变成弯弯曲曲的线，这种畸变是很难被人所接受的。从图3可以看出，畸变在最大视场角时很好的控制在200%以内，而且比较平滑，容易通过软件的插值运算还原边缘的成像，使整个画面更让人容易接受。    

图4是本实用新型实施例鱼眼镜头横向色差图，一般要求横向色差在艾利斑范围内，如果横向色差过大，会发现成像面上色彩不均匀。从图4可以看出，横向色差大部分都在艾利斑范围内，成像色差相对均匀。

本实用新型还在上述实施例基础上提出另一实施例，该实施例与上述实施例的区别点在于：所述第三透镜13的第五表面130为非球面，所述第五表面130的中心区域到边缘区域之间至少具有一个反曲点，使得第五表面130中心区域凸向物方，延伸至边缘区域则凸向像方。

本实施例提出了鱼眼镜头的相关参数，具体如下：

表3镜片参数

 

表4非球面系数

 

a₂、a₄、a₆、a₈、a₁₀、a₁₂、a₁₄为非球面系数。

本实用新型的镜头有效焦距为f=0.899mm，其光学全长小于20mm，其镜头高度可做得比较短，减小体积。同时具有较大的视场角，横向视场角达到180°，全视场角大于220°，适用于监控，特殊摄影，车载泊车镜头等。

图5是本实用新型另一实施例鱼眼镜头的调制传递函数（Modulation Transfer Function，简称MTF）曲线图，图中横轴表示空间频率，单位：线对每毫米 （lp/mm）；纵轴表示调制传递函数（MTF）的数值，所述MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强。从图5可以看出，各视场子午方向(T)和弧矢方向(S)方向的MTF曲线很靠近，其表明：该镜头在各个视场，子午方向(T)和弧矢方向(S)这两个方向的成像性能具有良好的一致性，能保证镜头组件在整个成像面上都能清晰成像，而不会出现中间清晰、边缘模糊的情况。全视场内MTF非常集中，并且MTF曲线下降趋势平直，可以确保较佳的成像质量。

图6是本实用新型另一实施例鱼眼镜头的畸变图，从图6可以看出，畸变在最大视场角时很好的控制在200%以内，而且比较平滑，容易通过软件的插值运算还原边缘的成像，使整个画面更让人容易接受。    

图7是本实用新型另一实施例鱼眼镜头横向色差图，从图7可以看出，横向色差大部分都在艾利斑范围内，成像色差相对均匀。

综上所述，本实用新型的鱼眼镜头采用三片球面镜片、两片非球面镜片相结合的设计，镜头数量少，结构简单紧凑，使得镜头高度较短，体积较小；同时具有较大的视场角及良好的成像效果，横向视场角达到180°，全视场角大于220°。

本实用新型通过三片玻璃透镜、两片塑胶透镜的混合搭配，既可保证镜头的成像质量，又能减轻镜头重量，降低生产成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种鱼眼镜头，包括透镜组，其特征在于，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；

所述第一透镜和第二透镜为具有负屈光度的凸面朝向物方的凸凹球面透镜；

所述第三透镜为具有负屈光度的凸面朝向物方的凸凹非球面透镜；

所述第四透镜为具有正屈光度的凸面朝向物方的凸凹球面透镜；

所述第五透镜为具有正屈光度的凸面朝向像方的凹凸非球面透镜；

所述透镜组满足以下条件：

f_1,2,3<0，1.2<∣f_1,2,3/f∣<1.8；

0<f_4,5，且0.2<f/f_4,5<0.35；

1.2<D/L；

其中f为整个光学镜头组件的有效焦距值；L为光学镜头组件的系统总长；D为第一透镜的外径；f_1,2,3为第一透镜、第二透镜、第三透镜的的合成焦距值；f_4，5为第四透镜与第五透镜的合成焦距值；

且所述第三透镜和第五透镜满足以下的非球面公式：

                                                

其中：z为以各非球面与光轴的交点为起点、垂直光轴方向的轴向值，k为二次曲面系数，c为透镜表面的中心曲率；r为透镜表面的高度，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇……为非球面系数。

2.如权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第三透镜的凸面的中心区域到边缘区域之间至少具有一个反曲点。

3.如权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，还包括光阑，所述光阑位于第四透镜与第五透镜之间。

4.如权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，还包括滤光片，所述滤光片位于第五透镜朝向像方的一侧，所述滤光片至少一透光表面镀覆一层红外截止滤光膜。

5.如权利要求4所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述滤光片的折射率n＝1.5168，色散v＝64.17。

6.如权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜的折射率n_1,2<1.57，色散v_1,2>56。

7.如权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第三透镜的折射率n₃<1.55，色散v₃>50。

8.如权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第四透镜的折射率n₄>1.8，色散v₄<25。

9.如权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第五透镜的折射率n₅<1.55，色散v₅>50。

10.如权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第四透镜为玻璃镜片，所述第三透镜和第五透镜为塑胶镜片。

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