CN114063260B

CN114063260B - 鱼眼镜头

Info

Publication number: CN114063260B
Application number: CN202111484756.4A
Authority: CN
Inventors: 曾繁胜; 何俊毅; 梁伟朝
Original assignee: Sunny Optics Zhongshan Co Ltd
Current assignee: Sunny Optics Zhongshan Co Ltd
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2024-12-27
Anticipated expiration: 2041-12-07
Also published as: CN114063260A

Abstract

本发明涉及一种鱼眼镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜(L1)、具有负光焦度的第二透镜(L2)、具有负光焦度的第三透镜(L3)、具有正光焦度的第四透镜(L4)、光阑(STO)、具有正光焦度的第五透镜(L5)、具有负光焦度的第六透镜(L6)和具有正光焦度的第七透镜(L7)，所述第五透镜(L5)的像侧面光轴中心至所述第六透镜(L6)的物侧面光轴中心的距离d56与所述第七透镜(L7)的像侧面光轴中心至像面的距离BFL满足以下关系：0.01≤d56/BFL≤0.06。本发明的鱼眼镜头具有大角度、高解像、日夜共焦且在‑40℃～80℃温度范围内不虚焦的特点。

Description

鱼眼镜头

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种鱼眼镜头。

背景技术

随着生活水平的提高以及安全意识的增强，人们对家庭安防有了更高的要求，因此消费者普遍要求监控镜头具备大角度、高解像以及在夜晚昏暗的环境中也能得到光亮且清晰的摄像画面。而在众多应用于监控领域的光学镜头中，鱼眼镜头具有大视场角的优势，但现有的大部分鱼眼镜头的成像质量并不理想，且不能够实现日夜共焦，从而无法满足消费者日益增长的需求。因此，亟需设计一种成像性能较高且具备日夜共焦功能的鱼眼镜头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种鱼眼镜头。

为实现上述发明目的，本发明提供一种鱼眼镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、光阑、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜和具有正光焦度的第七透镜，所述第五透镜的像侧面光轴中心至所述第六透镜的物侧面光轴中心的距离d56与所述第七透镜的像侧面光轴中心至像面的距离BFL满足以下关系：0.01≤d56/BFL≤0.06。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜为凸凹形，所述第二透镜为凸凹形，所述第三透镜为双凹形，所述第四透镜为凸凹形或双凸形，所述第五透镜为双凸形，所述第六透镜为双凹形，所述第七透镜为双凸形。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜为球面透镜，所述第二透镜为非球面透镜，所述第三透镜为非球面透镜，所述第四透镜为球面或非球面透镜，所述第五透镜为球面或非球面透镜，所述第六透镜为非球面透镜，所述第七透镜为非球面透镜。

根据本发明的一个方面，所述第四透镜与所述第五透镜中至少一枚的阿贝数≥50。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜的焦距f1、所述第三透镜的焦距f3和所述第六透镜的焦距f6分别与所述鱼眼镜头的有效焦距f满足以下关系：-8.1≤f1/f≤-4.2；-5.4≤f3/f≤-2；-2.7≤f6/f≤-1.4。

根据本发明的一个方面，所述第二透镜的焦距f2、所述第四透镜的焦距f4、所述第五透镜的焦距f5和所述第七透镜的焦距f7分别与所述鱼眼镜头的有效焦距f满足以下关系：-3.8≤f2/f≤-2.1；2≤f4/f≤4.1；2.1≤f5/f≤3；1.7≤f7/f≤2.8。

根据本发明的一个方面，所述第七透镜的像侧面光轴中心至像面的距离BFL与所述鱼眼镜头的总长TTL满足以下关系：0.19≤BFL/TTL≤0.32。

根据本发明的一个方面，所述鱼眼镜头的总长TTL与有效焦距f满足以下关系：9.7≤TTL/f≤13.6。

根据本发明的一个方面，所述第五透镜像侧面的曲率半径R11与所述第六透镜物侧面的曲率半径R12满足以下关系：0.5≤|R12/R11|≤3。

根据本发明的一个方面，所述第三透镜物侧面的曲率半径R5与所述第七透镜像侧面的曲率半径R15满足以下关系：2.5≤|R5/R15|≤4.5。

根据本发明的构思，提供一种可实现大角度、高解像、日夜共焦且在-40℃～80℃温度范围内不虚焦的玻塑混合鱼眼镜头。

根据本发明的一个方案，鱼眼镜头最大光圈达到FNO2.0，成像靶面达到1/3”。并且，通过玻璃透镜和塑料透镜混合使用，实现可见光与红外光共焦，从而有效降低镜头成本。而镜头的CRA≤22°,从而可适配多款sensor，使应用前景广阔，市场竞争力较大。镜头还能够实现物方视场角214°的图像捕捉以及F-theta畸变≤38％。

附图说明

图1示意性表示本发明的第一种实施方式的鱼眼镜头的结构图；

图2示意性表示本发明的第一种实施方式的鱼眼镜头频率为200lp/mm的FFT-MTF图；

图3示意性表示本发明的第一种实施方式的鱼眼镜头频率为120lp/mm的Through-Focus-MTF图；

图4示意性表示本发明的第一种实施方式的鱼眼镜头低温-40℃频率为120lp/mm的Through-Focus-MTF图；

图5示意性表示本发明的第一种实施方式的鱼眼镜头高温80℃频率为120lp/mm的Through-Focus-MTF图；

图6示意性表示本发明的第一种实施方式的鱼眼镜头的F-Theta畸变曲线图；

图7示意性表示本发明的第二种实施方式的鱼眼镜头的结构图；

图8示意性表示本发明的第二种实施方式的鱼眼镜头频率为200lp/mm的FFT-MTF图；

图9示意性表示本发明的第二种实施方式的鱼眼镜头频率为120lp/mm的Through-Focus-MTF图；

图10示意性表示本发明的第二种实施方式的鱼眼镜头低温-40℃频率为120lp/mm的Through-Focus-MTF图；

图11示意性表示本发明的第二种实施方式的鱼眼镜头高温80℃频率为120lp/mm的Through-Focus-MTF图；

图12示意性表示本发明的第二种实施方式的鱼眼镜头的F-Theta畸变曲线图；

图13示意性表示本发明的第三种实施方式的鱼眼镜头的结构图；

图14示意性表示本发明的第三种实施方式的鱼眼镜头频率为200lp/mm的FFT-MTF图；

图15示意性表示本发明的第三种实施方式的鱼眼镜头频率为120lp/mm的Through-Focus-MTF图；

图16示意性表示本发明的第三种实施方式的鱼眼镜头低温-40℃频率为120lp/mm的Through-Focus-MTF图；

图17示意性表示本发明的第三种实施方式的鱼眼镜头高温80℃频率为120lp/mm的Through-Focus-MTF图；

图18示意性表示本发明的第三种实施方式的鱼眼镜头的F-Theta畸变曲线图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

参见图1，本发明的鱼眼镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜L1、具有负光焦度的第二透镜L2、具有负光焦度的第三透镜L3、具有正光焦度的第四透镜L4、光阑STO、具有正光焦度的第五透镜L5、具有负光焦度的第六透镜L6和具有正光焦度的第七透镜L7。本发明中，第五透镜L5的像侧面光轴中心至第六透镜L6的物侧面光轴中心的距离d56与第七透镜L7的像侧面光轴中心至像面的距离BFL满足以下关系：0.01≤d56/BFL≤0.06。如此，在后焦距有所限制的情况下，有利于降低光学系统的公差敏感度。

本发明中，第一透镜L1为凸凹形，第二透镜L2为凸凹形，第三透镜L3为双凹形，第四透镜L4为凸凹形或双凸形，第五透镜L5为双凸形，第六透镜L6为双凹形，第七透镜L7为双凸形。如此，通过合理设置每枚透镜的凹凸性，有利于对光学系统的光焦度进行合理分配，从而使光线更好地进行传递，以保证成像质量。

本发明中，第一透镜L1为球面透镜，第二透镜L2为非球面透镜，第三透镜L3为非球面透镜，第四透镜L4为球面或非球面透镜，第五透镜L5为球面或非球面透镜，第六透镜L6为非球面透镜，第七透镜L7为非球面透镜。如此，通过球面透镜与非球面透镜的合理搭配，可对光学系统中的各类像差进行校正，从而提高镜头的分辨率。

本发明中，第四透镜L4与第五透镜L5中至少一枚的阿贝数≥50。满足这一条件，能够有效地平衡紫边和近红外像差。第一透镜L1的焦距f1、第三透镜L3的焦距f3和第六透镜L6的焦距f6分别与鱼眼镜头的有效焦距f满足以下关系：-8.1≤f1/f≤-4.2；-5.4≤f3/f≤-2；-2.7≤f6/f≤-1.4。通过上述焦距段的组合，可实现像差的有效校正，使光学系统满足高解像的特性，同时满足日夜共焦和高低温不虚焦。第二透镜L2的焦距f2、第四透镜L4的焦距f4、第五透镜L5的焦距f5和第七透镜L7的焦距f7分别与鱼眼镜头的有效焦距f满足以下关系：-3.8≤f2/f≤-2.1；2≤f4/f≤4.1；2.1≤f5/f≤3；1.7≤f7/f≤2.8。上述光焦度的分配方式能够使光线平稳通过光学系统，从而降低整个光学系统的公差敏感度。第七透镜L7的像侧面光轴中心至像面的距离BFL与鱼眼镜头的总长TTL满足以下关系：0.19≤BFL/TTL≤0.32。满足这一关系，可使镜头满足于主流相机的尺寸要求以及小型化的特点。鱼眼镜头的总长TTL与有效焦距f满足以下关系：9.7≤TTL/f≤13.6。如此，有利于实现更高解像的同时保证小体积。第五透镜L5像侧面的曲率半径R11与第六透镜L6物侧面的曲率半径R12满足以下关系：0.5≤|R12/R11|≤3。通过这种曲率半径的分配方式，可实现对主光线入射角的调整，使光线进一步会聚，保证光学系统清晰成像。第三透镜L3物侧面的曲率半径R5与第七透镜L7像侧面的曲率半径R15满足以下关系：2.5≤|R5/R15|≤4.5。如此，有利于对光学系统的畸变进行有效校正。

综上所述，本发明镜头最大光圈可达FNO2.0，成像靶面可达到1/3”。本发明采用玻璃透镜和塑料透镜混合的方案，可实现可见光与红外光共焦，从而有效降低镜头成本。并且，镜头CRA≤22°,从而可适配多款sensor，使得应用前景广阔，市场竞争力较大。而镜头还能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，从而可适用于不同环境。另外，镜头还能够实现物方视场角214°的图像捕捉以及F-theta畸变≤38％。

以下以三种实施方式来详细描述本发明的鱼眼镜头，下列实施方式中，以S0、S1、…、SN表示各光学元件的面，光阑也可记为STO，物面也可记为OBJ，像面也可记为IMA。

具体符合上述条件式的各实施方式的参数如下表1所示：

表1本发明的鱼眼镜头的非球面透镜满足以下公式：

其中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为圆锥系数；A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂、A₁₄、A₁₆···分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶···非球面系数。

第一种实施方式

参见图1至图6，在本实施方式中，鱼眼镜头各参数为，F#：2.1；镜头总长：11.889mm；视场角：214°。

本实施方式的鱼眼镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表2所示：

表2

本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表3所示：

表3

其中，K为该表面的二次曲面常数，A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶的非球面系数。

第二种实施方式

参见图7至图12，在本实施方式中，鱼眼镜头各参数为，F#：2.0；镜头总长：12.130mm；视场角：174°。

本实施方式的鱼眼镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表4所示：

表4

本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表5所示：

表5

第三种实施方式

参见图13至图18，在本实施方式中，鱼眼镜头各参数为，F#：2.0；镜头总长：12.067mm；视场角：180°。

本实施方式的鱼眼镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表6所示：

面序号	表面类型	R值	厚度	折射率	阿贝数
						S0(OBJ)	球面	Infinity	Infinity
S1	球面	8.716	0.578	1.79	48.2
						S2	球面	3.260	1.474
S3	非球面	27.375	0.565	1.56	53.1
						S4	非球面	1.520	1.585
S5	非球面	-6.454	0.481	1.54	55.7
						S6	非球面	2.026	0.070
S7	球面	2.082	1.814	1.78	25.7
						S8	球面	-5.561	0.364
S9(STO)	球面	Infinity	0.016
						S10	非球面	7.713	0.703	1.54	57.0
S11	非球面	-1.446	0.065
						S12	非球面	-1.179	0.401	1.66	20.4
S13	非球面	9.568	0.063
						S14	非球面	2.208	1.185	1.53	56.1
S15	非球面	-1.574	1.003
						S16	球面	Infinity	0.610	1.52	64.2
S17	球面	Infinity	1.090
						S18(IMA)	球面	Infinity	-	-	-

表6

本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表7所示：

表7

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种鱼眼镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜(L1)、具有负光焦度的第二透镜(L2)、具有负光焦度的第三透镜(L3)、具有正光焦度的第四透镜(L4)、光阑(STO)、具有正光焦度的第五透镜(L5)、具有负光焦度的第六透镜(L6)和具有正光焦度的第七透镜(L7)，其特征在于，所述第五透镜(L5)的像侧面光轴中心至所述第六透镜(L6)的物侧面光轴中心的距离d56与所述第七透镜(L7)的像侧面光轴中心至像面的距离BFL满足以下关系：0.01≤d56/BFL≤0.06；

所述第三透镜(L3)物侧面的曲率半径R5与所述第七透镜(L7)像侧面的曲率半径R15满足以下关系：2.5≤|R5/R15|≤4.5。

2.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)为凸凹形，所述第三透镜(L3)为双凹形，所述第六透镜(L6)为双凹形；

所述第六透镜(L6)为非球面透镜。

3.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第二透镜(L2)为凸凹形，所述第四透镜(L4)为凸凹形或双凸形，所述第五透镜(L5)为双凸形，所述第七透镜(L7)为双凸形。

4.根据权利要求1所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)为球面透镜，所述第二透镜(L2)为非球面透镜，所述第三透镜(L3)为非球面透镜，所述第四透镜(L4)为球面或非球面透镜，所述第五透镜(L5)为球面或非球面透镜，所述第七透镜(L7)为非球面透镜。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第四透镜(L4)与所述第五透镜(L5)中至少一枚的阿贝数≥50。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)的焦距f1、所述第三透镜(L3)的焦距f3和所述第六透镜(L6)的焦距f6分别与所述鱼眼镜头的有效焦距f满足以下关系：-8.1≤f1/f≤-4.2；-5.4≤f3/f≤-2；-2.7≤f6/f≤-1.4。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第二透镜(L2)的焦距f2、所述第四透镜(L4)的焦距f4、所述第五透镜(L5)的焦距f5和所述第七透镜(L7)的焦距f7分别与所述鱼眼镜头的有效焦距f满足以下关系：-3.8≤f2/f≤-2.1；2≤f4/f≤4.1；2.1≤f5/f≤3；1.7≤f7/f≤2.8。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第七透镜(L7)的像侧面光轴中心至像面的距离BFL与所述鱼眼镜头的总长TTL满足以下关系：0.19≤BFL/TTL≤0.32。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述鱼眼镜头的总长TTL与有效焦距f满足以下关系：9.7≤TTL/f≤13.6。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的鱼眼镜头，其特征在于，所述第五透镜(L5)像侧面的曲率半径R11与所述第六透镜(L6)物侧面的曲率半径R12满足以下关系：0.5≤|R12/R11|≤3。