技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說涉及一種低畸變緊湊型高分辨率魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)
[0002] 魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)具有接近或超過180°的視場
角，可以獲得超大范圍的景物成像而廣泛應(yīng)用于安防、監(jiān)控等領(lǐng)域。
[0003] 魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)追求超大視場、高分辨率以及輕小型化的性能指標(biāo)，但現(xiàn)有適用于
全景相機(jī)的魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)大多存在結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，尺寸較大等
缺陷。隨著人們對全景成像圖像性能需求的提升，除了實現(xiàn)高清晰成像外，要求全畫幅圖像實現(xiàn)低畸變，以適應(yīng)后續(xù)
電子學(xué)圖像校正
算法獲得更佳視覺體驗效果的低失真圖像。但現(xiàn)有魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)存在畸變大的缺陷。
[0004] 當(dāng)今市場急需一種低畸變緊湊型高分辨率魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)，能夠通過較為簡單的結(jié)構(gòu)以及較小的尺寸實現(xiàn)低畸變的效果。實用新型內(nèi)容
[0005] 針對
現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供一種低畸變小型化高分辨率魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)，有益于提升全景相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用
水平。
[0006] 本實用新型解決其技術(shù)問題的解決方案是：提出一種低畸變緊湊型高分辨率魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光線入射方向自前向后依次設(shè)置的前透鏡組、光闌、后透鏡組以及像面；
[0007] 所述前透鏡組包括自前向后依次設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡；
[0008] 所述后透鏡組包括自前向后依次設(shè)置的第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡；
[0009] 所述第五透鏡和第六透鏡組成雙膠合透鏡，所述第一透鏡為彎月形負(fù)光焦度球面透鏡，所述第二透鏡為彎月形負(fù)光焦度球面厚透鏡，所述第三透鏡為雙凸正光焦度球面透鏡，所述第四透鏡為彎月形正光焦度球面透鏡，所述第五透鏡為雙凸正光焦度球面透鏡，所述第六透鏡為雙凹負(fù)光焦度球面透鏡，所述第七透鏡為雙凸正光焦度非球面透鏡。
[0010] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述前透鏡組的光焦度為φA，所述后透鏡組的光焦度為φB，整個光學(xué)系統(tǒng)的光焦度為φ，所述φA、φB以及φ之間滿足如下關(guān)系：
[0011] -0.28≤φA/φ≤-0.20；
[0012] 0.37≤φB/φ≤0.45。
[0013] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，述第三透鏡靠近光闌的光學(xué)面為第一光學(xué)面，所述第四透鏡靠近光闌的光學(xué)面為第二光學(xué)面，所述光學(xué)系統(tǒng)的軸上視場的邊緣光線在所述第一光學(xué)面的高度值為h1，所述光學(xué)系統(tǒng)的軸上視場的邊緣光線在所述第二光學(xué)面的高度值為h2，其中h1和h2的比值滿足：
[0014] 0.89≤h1/h2≤0.96。
[0015] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光闌與所述第三透鏡的中心距離為L1，所述光闌與所述第四透鏡的中心距離為L2，所述L1與L2的比值滿足：
[0016] 1.04≤L1/L2≤1.15。
[0017] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一透鏡的材質(zhì)為重鑭火石玻璃，所述第二透鏡的材質(zhì)為鑭冕玻璃，所述第三透鏡的材質(zhì)為重火石玻璃，所述第四透鏡的材質(zhì)為重鑭火石玻璃，所述第五透鏡的材質(zhì)為鑭冕玻璃，所述第六透鏡的材質(zhì)為重火石玻璃，所述第七透鏡的材質(zhì)為F52R材料。
[0018] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光學(xué)系統(tǒng)的總光焦度為φ，所述第一透鏡的光焦度為φA1，所述第二透鏡的光焦度為φA2，所述第三透鏡的光焦度為φA3，所述第四透鏡的光焦度為φB1，所述第五透鏡與所述第六透鏡的組合光焦度為φB23，所述第七透鏡的光焦度為φB4，所述φ、φA1、φA2、φA3、φB1、φB23以及φB4滿足如下關(guān)系：
[0019] -0.15≤φA1/φ≤-0.11；
[0020] -0.60≤φA2/φ≤-0.52；
[0021] 0.25≤φA3/φ≤0.32；
[0022] 0.25≤φB1/φ≤0.32；
[0023] 0.02≤φB23/φ≤0.08
[0024] 0.25≤φB4/φ≤0.30。
[0025] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括濾光片，所述濾光片設(shè)置于所述像面與所述后透鏡組之間。
[0026] 本實用新型的有益效果是：本實用新型光學(xué)系統(tǒng)長度僅11.2mm，實現(xiàn)了高度緊湊的結(jié)構(gòu)布局，有利于全景相機(jī)的小型化設(shè)計，豐富了全景相機(jī)的應(yīng)用場景；本實用新型通過較為簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了優(yōu)異的成像
質(zhì)量；實現(xiàn)低失真的成像效果，尤其提高了
邊緣圖像的分辨率；采用一
塊塑料非球面透鏡，既提高了像差校正能
力，且與玻璃非球面透鏡相比成本低廉，有利于批量化生產(chǎn)。
附圖說明
[0027] 為了更清楚地說明本實用新型
實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單說明。顯然，所描述的附圖只是本實用新型的一部分實施例，而不是全部實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他設(shè)計方案和附圖。
[0028] 圖1為本實用新型光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2為本實用新型光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線；
[0030] 圖3為本實用新型光學(xué)系統(tǒng)在全視場的畸變分布曲線。
具體實施方式
[0031] 以下將結(jié)合實施例和附圖對本實用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整的描述，以充分地理解本實用新型的目的、特征和效果。顯然，所描述的實施例只是本實用新型的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本實用新型的實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬于本實用新型保護(hù)的范圍。另外，文中所提到的所有連接關(guān)系，并非單指構(gòu)件直接相接，而是指可根據(jù)具體實施情況，通過添加或減少連接輔件，來組成更優(yōu)的連接結(jié)構(gòu)。本實用新型創(chuàng)造中的各個技術(shù)特征，在不互相矛盾沖突的前提下可以交互組合。
[0032] 實施例1，參照圖1，提出一種低畸變緊湊型高分辨率魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光線入射方向自前向后依次設(shè)置的前透鏡組、光闌800、后透鏡組以及像面900；
[0033] 所述前透鏡組包括自前向后依次設(shè)置的第一透鏡100、第二透鏡200和第三透鏡300；
[0034] 所述后透鏡組包括自前向后依次設(shè)置的第四透鏡400、第五透鏡500、第六透鏡600和第七透鏡700；
[0035] 所述第五透鏡500和第六透鏡600組成雙膠合透鏡，所述第一透鏡100為彎月形負(fù)光焦度球面透鏡，所述第二透鏡200為彎月形負(fù)光焦度球面厚透鏡，所述第三透鏡300為雙凸正光焦度球面透鏡，所述第四透鏡400為彎月形正光焦度球面透鏡，所述第五透鏡500為雙凸正光焦度球面透鏡，所述第六透鏡600為雙凹負(fù)光焦度球面透鏡，所述第七透鏡700為雙凸正光焦度非球面透鏡。
[0036] 本實用新型光學(xué)系統(tǒng)采用反遠(yuǎn)距的光學(xué)結(jié)構(gòu)型式，由于成像視場達(dá)到205°以上，為降低超大視場帶來的視場像差如像散以及場曲，前透鏡組在最前端采用了兩個負(fù)光焦度的透鏡(第一透鏡100以及第二透鏡200)，獲得較大的主光線倍率倒數(shù)值，從而降低后透鏡組像差校正的壓力。
[0037] 本實用新型重點考慮了在保證高像質(zhì)的前提下實現(xiàn)了高度緊湊的小型化設(shè)計以及低畸變的設(shè)計，從而進(jìn)行了相應(yīng)的創(chuàng)新性設(shè)計。首先，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)長度縮短時，各組透鏡的光焦度增加，引起球差、彗差、像散、畸變等各種像差迅速增加，導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)下降。本實用新型為了實現(xiàn)超廣角光學(xué)系統(tǒng)的緊湊設(shè)計，將第二透鏡200設(shè)置成厚透鏡并適當(dāng)增加其它透鏡的厚度，以此壓縮光路長度，并降低軸外視場光線的出射高度，減少像差的增加，從而在縮短光學(xué)系統(tǒng)尺寸的同時獲得高成像質(zhì)量。
[0038] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述前透鏡組的光焦度為φA，所述后透鏡組的光焦度為φB，整個光學(xué)系統(tǒng)的光焦度為φ，所述φA、φB以及φ之間滿足如下關(guān)系：
[0039] -0.28≤φA/φ≤-0.20
[0040] 0.37≤φB/φ≤0.45。
[0041] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，述第三透鏡300靠近光闌的光學(xué)面為第一光學(xué)面，所述第四透鏡400靠近光闌的光學(xué)面為第二光學(xué)面，所述光學(xué)系統(tǒng)的軸上視場的邊緣光線在所述第一光學(xué)面的高度值為h1，所述光學(xué)系統(tǒng)的軸上視場的邊緣光線在所述第二光學(xué)面的高度值為h2，其中h1和h2的比值滿足：
[0042] 0.89≤h1/h2≤0.96。
[0043] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光闌800與所述第三透鏡300的中心距離為L1，所述光闌800與所述第四透鏡400的中心距離為L2，所述L1與L2的比值滿足：
[0044] 1.04≤L1/L2≤1.15。
[0045] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一透鏡100的材質(zhì)為重鑭火石玻璃，所述第二透鏡200的材質(zhì)為鑭冕玻璃，所述第三透鏡300的材質(zhì)為重火石玻璃，所述第四透鏡400的材質(zhì)為重鑭火石玻璃，所述第五透鏡500的材質(zhì)為鑭冕玻璃，所述第六透鏡600的材質(zhì)為重火石玻璃，所述第七透鏡700的材質(zhì)為F52R材料。采用一塊塑料非球面透鏡，既提高了像差校正能力，且與玻璃非球面透鏡相比成本低廉，有利于批量化生產(chǎn)，本實施例中所述第七透鏡700的非球面面型滿足如下高次非球面矢高方程：
[0046]
[0047] 式中，c為
曲率半徑，y為徑向坐標(biāo)，k為圓錐二次曲線常數(shù)，A～G分別為不同階數(shù)所對應(yīng)的的系數(shù)(不同階數(shù)的系數(shù)是特定非球面面型的參數(shù))，通過以上方程可以計算出非球面任意
位置的矢高Z。
[0048] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光學(xué)系統(tǒng)的總光焦度為φ，所述第一透鏡100的光焦度為φA1，所述第二透鏡200的光焦度為φA2，所述第三透鏡300的光焦度為φA3，所述第四透鏡400的光焦度為φB1，所述第五透鏡500與所述第六透鏡600的組合光焦度為φB23，所述第七透鏡700的光焦度為φB4，所述φ、φA1、φA2、φA3、φB1、φB23以及φB4滿足如下關(guān)系：
[0049] -0.15≤φA1/φ≤-0.11；
[0050] -0.60≤φA2/φ≤-0.52；
[0051] 0.25≤φA3/φ≤0.32；
[0052] 0.25≤φB1/φ≤0.32；
[0053] 0.02≤φB23/φ≤0.08
[0054] 0.25≤φB4/φ≤0.30。
[0055] 其次，本實用新型研究了在超大視場下畸變的校正方法，遠(yuǎn)離光闌800位置的第七透鏡700采用非球面面型校正主光線的出射角度；采用光焦度接近于零的雙膠合透鏡(由第五透鏡500以及第六透鏡600組成)校正色差，并提供一定的畸變校正能力；在光闌800前后設(shè)置具有光焦度基本對稱分布的透鏡(第三透鏡300以及第四透鏡400)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男螤罴肮饨苟鹊氖ΨQ調(diào)整，以降低光學(xué)系統(tǒng)的畸變像差總量。通過以上方法，獲得了較優(yōu)的畸變控制結(jié)果，全視場畸變不超過6.8％。
[0056] 本實用新型光學(xué)系統(tǒng)長度僅11.2mm，實現(xiàn)了高度緊湊的結(jié)構(gòu)布局，有利于全景相機(jī)的小型化設(shè)計，豐富了全景相機(jī)的應(yīng)用場景；全視場傳遞函數(shù)平均值達(dá)到0.3@300lp/mm，實現(xiàn)了優(yōu)異的成像質(zhì)量；全視場畸變不超過6.8％，實現(xiàn)低失真的成像效果，尤其提高了邊緣圖像的分辨率；采用一塊塑料非球面透鏡(第七透鏡700)，既提高了像差校正能力，且與玻璃非球面透鏡相比成本低廉，有利于批量化生產(chǎn)。
[0057] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括濾光片1000，所述濾光片1000設(shè)置于所述像面900與所述后透鏡組之間。在本實施例中通過在像面900與后透鏡組之間增設(shè)濾光片1000，能夠根據(jù)需要的范圍獲取
光譜，本實施例中設(shè)定獲取的光譜范圍為436nm～656nm。
[0058] 本實用新型低畸變緊湊型高分辨率魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)，具體參數(shù)為：
[0059] 焦距0.93mm；相對孔徑D/f為1/2.1；視場角為205°；光學(xué)系統(tǒng)總長11.2mm，后工作距離(第七透鏡700到像面900的距離)為1.8mm。
[0060] 在本實用新型中，如附圖2所示，在300lp/mm時全視場平均傳遞函數(shù)值達(dá)到0.3，保證了在高分辨率解析像質(zhì)。如附圖3所示，全視場的畸變不超過6.8％，減少了邊緣圖像的壓縮，有利于采用后續(xù)校正算法實現(xiàn)低失真的圖像效果，尤其提高了邊緣圖像的成像質(zhì)量。低畸變高分辨率魚眼光學(xué)系統(tǒng)能夠提高全景相機(jī)的圖像輸出質(zhì)量，有利于產(chǎn)品的市場推廣與應(yīng)用。
[0061] 以上對本實用新型的較佳實施方式進(jìn)行了具體說明，但本實用新型創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實用新型精神的前提下還可作出種種的等同變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本
申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
