CN206020797U - 鱼眼光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种鱼眼光学系统，包括有依次设置的第一镜片,第二镜片,第三镜片,第四镜片,光阑，第五镜片，第六镜片，第七镜片，第八镜片，以及感光芯片。其中第三镜片和第七镜片为玻璃非球面镜片，第五镜片和第六镜片为粘合镜片，第一镜片,第二镜片,第四镜片，第八镜片为球面镜片。本实用新型提高了鱼眼光学系统的分辨率、透过率、能够获得红外共焦，而且具有工艺性好、畸变小、大像面等优点。
Description
【技术领域】
本申请涉及光学系统，尤其是应用于车载、监控以及投影系统的具有高分辨率、高透过率、红外共焦，工艺性好、畸变小、大像面且与视场角有严格的一致性要求的鱼眼光学系统。
【背景技术】
目前车载、监控、投影方面所使用的超广角镜头，也称为鱼眼镜头，因为视场角大，存在严重畸变，使得周边画面会产生剧烈形变、扭曲，很难以图像软件处理进行校正，导致成像质量差，人眼对所成影响难以清晰准确的分辨。此外，由于鱼眼镜头的视场角大，对于这些远轴光线的像差校正困难，导致中心与周边成像质量过渡不合理，产生严重失真感，难以满足人们的使用需求。而且因为视角过大，会使得所使用的透镜弯曲剧烈，严重的情况下，还会使透镜达到或超过半球的状态，使得透镜加工困难，工艺性差。对于红外共焦和性能方面，目前市场上红外普遍是做到850nm波段，红外光谱范围较窄。
【发明内容】
为了提高鱼眼光学系统的分辨率、透过率、能够获得红外共焦，工艺性好、畸变小、大像面等优点,本实用新型作出以下有益的改进。
本申请由以下技术方案实现的：
鱼眼光学系统，包括有从物面到像面依次设置的第一镜片,第二镜片,第三镜片,第四镜片,光阑，第五镜片，第六镜片，第七镜片，第八镜片，以及感光芯片。其中第三镜片和第七镜片为玻璃非球面镜片，第五镜片和第六镜片为粘合镜片，第一镜片,第二镜片,第四镜片，第八镜片为球面镜片。
如上所述第一镜片、第二镜片、第三镜片和第五镜片的焦距为负，所述第四镜片、第六镜片、第七镜片和第八镜片的焦距为正。
如上所述的鱼眼光学系统，其所使用的非球面镜片面型满足以下方程式: Z为非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高sag，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，a8为高次非球面系数。
如上所述的鱼眼光学系统，所述感光芯片电荷耦合元件尺寸为1/3英寸,其对角线高度为6mm，像素尺寸为2.5μm×2.5μm。
如上所述的鱼眼光学系统，所述在第八镜片后面设置有可用做滤光片和保护玻璃的平板玻璃。
如上所述的鱼眼光学系统，所述第一镜片,第二镜片,第三镜片,第四镜片,光阑，第五镜片，第六镜片，第七镜片镀上了可使镜头具有较高的可见光和红外光透过率的可见光和红外光增透膜。
如上所述的鱼眼光学系统，第四镜片和第五镜片为超高色散镜片，第一镜片，第二镜片，第三镜片，第六镜片，第七镜片和第八镜片为低色散镜片，所述第五镜片和第六镜片通过超高色散与低色散材料粘合。
与现有技术相比，本申请有如下优点：
1、现有的车载、监控和投影镜头，在红外共焦和性能方面，普遍是以达到850nm为准，本实用新型在设计红外性能时，通过第四透镜和第五透镜采用超高色散透镜，第一透镜，第二透镜，第三透镜，第六透镜，第七透镜和第八透镜均采用低色散透镜，并且将第五透镜和第六透镜，通过超高色散与低色散材料粘合，进一步消除红外光谱像差，使该光学系统能够在红外波段使用940nm的情况下，拥有优良的红外消色差效果和红外共焦效果，扩宽了红外光谱范围，使镜头能够在更多的环境场合下使用；
2、第三透镜3和第七透镜8采用非球面玻璃透镜，有效的消除了像面畸变，通过第一透镜、第二透镜、第三透镜采用高折射率弯月负透镜，对大视角的入射光线进行逐步转折，控制光线光路，合理的转折光线，使得光学系统具有大像面，且像面像高与视场角成严格的一致性关系，使像面从中心到周边过渡平缓，整个画面成像质量更好，更为真实；
3、现有高分辨率车载、监控镜头在高低温使用环境和红外环境下，会出现虚焦和跑焦的情况，导致可见光状态下对好焦之后，在高低温和红外下，画面变模糊的情况。本实用新型解决了高低温和红外不共焦的问题，使镜头在不同的应用场合下，都具有良好的成像质量；
【附图说明】
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本申请实施例的示意图；
【具体实施方式】
如图1所示的鱼眼光学系统。本镜头由2枚玻璃非球面透镜和6枚玻璃球面透镜构成。
本鱼眼光学系统包括有依次设置的第一透镜1,第二透镜2,第三透镜3,第四透镜4,光阑5，第五透镜6，第六透镜7，第七透镜8，第八透镜9，平板玻璃10,以及感光芯片。其中第三透镜3和第七透镜8为玻璃非球面透镜，第五透镜6和第六透镜7为粘合透镜，其余为球面透镜。所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第五透镜6的焦距为负，所述第四透镜4、第六透镜7、第七透镜8和第八透镜9的焦距为正。
红外共焦主要通过以下方法实现:本实用新型第一透镜1，第二透镜2，第三透镜3，第六透镜7，第七透镜8，第八透镜9均采用低色散玻璃透镜，第四透镜4和第五透镜6则采用超高色散玻璃透镜。通过第三非球面透镜和第七非球面透镜与球面透镜配合，第五超高色散透镜与第六低色散透镜粘合进一步对红外光谱进行消色差，配合低色散玻璃透镜与高色散玻璃透镜的使用，对红外光谱获得了优良的消色差效果，使得无论在可见光还是红外光的情况下，都能获得优良的性能。本实用新型鱼眼光学系统红外离焦量达到<0.01，在红外情况下，成像性能并无衰减。
其高分辨率主要通过以下途径实现:1、本实用新型通过第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3采用高折射率弯月负透镜，对大视角的入射光线进行逐步转折，控制光线光路，减小各透镜所负担的光线偏角，避免引起大量的高级像差；其次，通过第四透镜4采用正透镜，第五透镜6采用负透镜，第六透镜7，第七透镜8和第八透镜9采用正透镜，使光线在达到满足像面高度时，能够平缓转折。其中，第三透镜3和第七透镜8为玻璃非球面透镜，能够有效的校正因大视角产生的轴外像差和畸变；第四透镜4和第五透镜6采用了高折射率超高色散玻璃材料，第六透镜7为低色散玻璃，通过第五透镜6与第六透镜7高低色散材料粘合，使光学系统达到更好的消色差效果。2、在保证中心解像力的同时，充分考虑周边视场的像差校正与成像质量，通过第三透镜3和第七透镜8采用玻璃非球面透镜，来校正轴外视场像差与畸变严重的问题，避免中心对周边成像质量对比差异较大的情况，使整个画面画质过度均匀。3、在设计红外性能时，通过第四透镜4和第五透镜6采用超高色散透镜，第一透镜1，第二透镜2，第三透镜3，第六透镜7，第七透镜8和第八透镜9均采用低色散透镜，并且将第五透镜6和第六透镜7，通过超高色散与低色散材料粘合，进一步消除红外光谱像差，使该光学系统能够在红外波段使用940nm的情况下，拥有优良的红外消色差效果，使镜头具有更广的红外光谱范围和能在更多的环境场合下使用。并通过第三透镜3和第七透镜8采用玻璃非球面，校正轴外视场像差和畸变，使成像质量达到质的提升。
在第八透镜9后面，设置有平板玻璃10，分别可用做滤光片和保护玻璃。滤光片用于过滤掉除设计波段以外的杂光，并在设计时，同时考虑滤光片以及保护玻璃的衬底材料引入的色差和透镜之间反射造成的杂光以及鬼影，加以校正、优化，使光学系统达到最佳的成像质量。本实用新型在透镜上镀上了可见光和红外光增透膜，使得镜头具有较高的可见光和红外光透过率。在保证镜头成像质量优良的同时，也使画面具有较高的亮度。
下面本实用新型的实际设计案例：
各个面的非球面系数：
其中公式 其中的c对应半径R的倒数即：1/R，Z为非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高sag，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，a8为高次非球面系数,本实用新型中该项系数不使用，a1＝0。
Claims (7)
1.鱼眼光学系统，其特征在于：包括有从物面到像面依次设置的第一镜片(1),第二镜片(2),第三镜片(3),第四镜片(4),光阑(5)，第五镜片(6)，第六镜片(7)，第七镜片(8)，第八镜片(9)，以及感光芯片，其中第三镜片(3)和第七镜片(8)为玻璃非球面镜片，第五镜片(6)和第六镜片(7)为粘合镜片，第一镜片(1),第二镜片(2),第四镜片(4)，第八镜片(9)为球面镜片。
2.根据权利要求1所述的鱼眼光学系统，其特征在于：所述第一镜片(1)、第二镜片(2)、第三镜片(3)和第五镜片(6)的焦距为负，所述第四镜片(4)、第六镜片(7)、第七镜片(8)和第八镜片(9)的焦距为正。
3.根据权利要求2所述的鱼眼光学系统，其特征在于：其所使用的非球面镜片面型满足以下方程式 Z为非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高sag，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，a8为高次非球面系数。
4.根据权利要求1或2所述的鱼眼光学系统，其特征在于： 所述感光芯片电荷耦合元件尺寸为1/3英寸,其对角线高度为6mm，像素尺寸为2.5μm×2.5μm。
5.根据权利要求1或2所述的鱼眼光学系统，其特征在于：所述在第八镜片(9)后面设置有可用做滤光片和保护玻璃的平板玻璃(10)。
6.根据权利要求1或2所述的鱼眼光学系统，其特征在于：所述第一镜片(1),第二镜片(2),第三镜片(3),第四镜片(4),光阑(5)，第五镜片(6)，第六镜片(7)，第七镜片(8)镀上了可使镜头具有较高的可见光和红外光透过率的可见光和红外光增透膜。
7.根据权利要求2所述的鱼眼光学系统，其特征在于：第四镜片和第五镜片为超高色散镜片，第一镜片(1)，第二镜片(2)，第三镜片(3)，第六镜片(7)，第七镜片(8)和第八镜片(9)为低色散镜片，所述第五镜片(6)和第六镜片(7)通过超高色散与低色散材料粘合。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10558022B2 (en) | 2017-12-29 | 2020-02-11 | Rays Optics Inc. | Optical lens and fabrication method thereof |
| CN111492291A (zh) * | 2017-12-26 | 2020-08-04 | 日本电产三协株式会社 | 广角镜头 |
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| CN111492291B (zh) * | 2017-12-26 | 2022-05-13 | 日本电产三协株式会社 | 广角镜头 |
| US11579420B2 (en) | 2017-12-26 | 2023-02-14 | Nidec Sankyo Corporation | Wide-angle lens |
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