一種新型的超廣角鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型的超廣角鏡頭，一種新型的超廣角鏡頭，包括有鏡頭外殼，所述鏡頭外殼內(nèi)從物方到像方依次排列的光學(xué)玻璃包括：第一透鏡，其具有負(fù)光焦度的草帽型透鏡；第二透鏡，其具有負(fù)光焦度的雙凹透鏡或平凹透鏡；第三透鏡，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡；第四透鏡，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡；光闌元件，第五透鏡，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡；第六透鏡，其具有正光焦度的雙凸面透鏡；第七透鏡，其具有負(fù)光焦度的彎月形透鏡；第八透鏡，其具有正光焦度的雙凸型透鏡；所述第八透鏡光連接有濾色片；所述鏡頭導(dǎo)入的可見光波段與近紅外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
【專利說明】—種新型的超廣角鏡頭
[【技術(shù)領(lǐng)域】]
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的超廣角鏡頭。
[【背景技術(shù)】]
[0002]隨著今年安防監(jiān)控市場的迅速崛起、數(shù)碼處理及網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的優(yōu)化提升，對安防監(jiān)控鏡頭的品質(zhì)要求大大提高，從普通的監(jiān)視需求到高清的鑒別，對鏡頭的要求也越來越聞。
[0003]目前安防監(jiān)控鏡頭一般采用4片至8片鏡片組成，但是這種鏡頭視角范圍最多為150度而且白天、夜晚焦點位置存在位移差異，工作距離較短，受到環(huán)境中高溫、低溫、濕度等限制，不能滿足客戶要求小尺寸和高性能的要求。
[0004]為此，企業(yè)開發(fā)鏡頭采用塑料非球面技術(shù)，以減輕重量、成本和減小變形量，但其通光性能較弱，空氣中的工作距離BFL也較短，且溫度補(bǔ)償特性不佳，無法滿足在_60°C~+80 0C的溫度范圍內(nèi)保持較完美的成像清晰度。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
]
[0005]本發(fā)明克服了上述技術(shù)的不足，提供了一種新型的超廣角鏡頭，通過8片玻璃鏡片組成的光學(xué)結(jié)構(gòu)，解決了可見光、近紅外光焦面漂移以及外界環(huán)境溫度變化對鏡頭沖擊影響補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)難題，實現(xiàn)了 180度以上超廣角魚眼成像，光圈值在Fl.6以上的大相對孔徑，百萬像素以上 的高分辨率、較長的后工作距離以及小型化等優(yōu)點。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案:
[0007]一種新型的超廣角鏡頭，包括有鏡頭外殼，所述鏡頭外殼內(nèi)從物方到像方依次排列的光學(xué)玻璃包括:
[0008]第一透鏡1，其具有負(fù)光焦度的草帽型透鏡；
[0009]第二透鏡2，其具有負(fù)光焦度的雙凹透鏡或平凹透鏡；
[0010]第三透鏡3，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡；
[0011]第四透鏡4，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡；
[0012]光闌元件5，第五透鏡6，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡；
[0013]第六透鏡7，其具有正光焦度的雙凸面透鏡；
[0014]第七透鏡8，其具有負(fù)光焦度的彎月形透鏡；
[0015]第八透鏡9，其具有正光焦度的雙凸型透鏡；
[0016]所述第八透鏡8光連接有濾色片10 ；
[0017]所述鏡頭導(dǎo)入的可見光波段與近紅外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
[0018]所述第一透鏡I的折射率ndl≥1.8，阿貝數(shù)vdl≥40，所述第一透鏡I朝向物面的一面rl為凸面透鏡，所述第一透鏡I與第二透鏡2光連接的一面r2為凹面透鏡。
[0019]所述第二透鏡2的折射率nd2≥1.8，阿貝數(shù)vd2≥40，所述第二透鏡2與第一透鏡I光連接的一面r3為凹面透鏡,所述第二透鏡2與第三透鏡3光連接的一面r4為凹面透鏡。
[0020]所述第三透鏡3的折射率nd3≥1.8，阿貝數(shù)vd3 ≤ 26，所述第三透鏡3與第二透鏡2光連接的一面r5為凹面透鏡，所述第三透鏡3與第四透鏡4光連接的一面r6為凸面透鏡，所述第三透鏡3為厚透鏡。
[0021]所述第四透鏡4的折射率nd4≥1.8，阿貝數(shù)vd4≤26，所述第四透鏡4與第三透鏡3光連接的一面r7為凸面透鏡，所述第四透鏡4與光闌元件5光連接的一面r8為凸面透鏡。
[0022]所述第六透鏡7朝像面rl2與所述第七透鏡8朝物面rl3進(jìn)行粘合連接，所述第六透鏡7與第五透鏡6光連接的一面rll為凸面透鏡，所述第七透鏡8與第八透鏡9光連接的一面rl4為凸面透鏡，所述第七透鏡8的折射率nd7與第六透鏡7的折射率nd6，兩者之間的差值范圍為nd7-nd6 ≥ 0.2，所述第六透鏡7的阿貝數(shù)vd6與第七透鏡8的阿貝數(shù)vd7，兩者之間的差值范圍為vd6-vd7≥35。
[0023]所述排列在光闌元件5前的鏡片數(shù)量與排列在光闌元件5后的鏡片數(shù)量相同。
[0024]所述第五透鏡6的朝像面rlO至成像面MX的距離為BFL，第一透鏡1、第二透鏡
2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡6、第六透鏡7、第七透鏡8、第八透鏡9組合的焦距值為EFL，兩者之間的比值范圍為4≥BFL/EFL≥2.5，所述鏡頭半像高H與焦距值EFL的比值范圍為H/EFL > 1 .85，所述鏡頭的全市場角FOV的取值范圍為FOV > 180°
[0025]所述第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4組合焦距ff與第五透鏡6、第六透鏡7、第七透鏡8、第八透鏡9組合焦距fb比值范圍為-2.6≤ff/fb≤-2。
[0026]所述鏡頭物方和像方對應(yīng)像點相對于視場角的對應(yīng)關(guān)系為非線性分散函數(shù)，非線性分散函數(shù)偏離對應(yīng)線型關(guān)系分散函數(shù)最大差異量在±10%內(nèi)，當(dāng)鏡頭視場角為水平150度時，光學(xué)畸變小于65%。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:
[0028]1、本發(fā)明的鏡頭視場角超過180°，具有小于常規(guī)鏡頭畸變量的360全景高清成像的視角范圍。
[0029]2、本發(fā)明的鏡片全部采用高性能的玻璃材質(zhì)，同時在設(shè)計階段采用合理玻璃組合實現(xiàn)溫度沖擊對成像質(zhì)量影響的補(bǔ)償，保證鏡頭在高低溫(_60°C到80°C)環(huán)境下都能具備優(yōu)良的性能。
[0030]3、本發(fā)明的鏡頭光譜透過率特性對可見光F，d,C(486nm, 588nm, 685nm)和近紅外光譜(850nm)均有優(yōu)良的透過性且進(jìn)行了像差、色差校正實現(xiàn)可見光和近紅外光波段在同一焦面上聚焦，解決了近紅外光波段成像的焦面漂移問題。
[0031]4、本發(fā)明的成本低廉、重量輕、尺寸小、高解像、長工作距離、寬工作溫度范圍的工作距離長、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)良性能，合理的光學(xué)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行合理的光焦度分配，保證了產(chǎn)品具有較好的可加工性。
[【專利附圖】

【附圖說明】]
[0032]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
[0033]圖2為本發(fā)明可見光部分的軸向色差曲線圖[0034]圖3為本發(fā)明紅外光部分的軸向色差曲線圖
[0035]圖4為本發(fā)明可見光部分的垂軸色差曲線圖
[0036]圖5為本發(fā)明紅外光部分的垂軸色差曲線圖
[0037]圖6為本發(fā)明可見光部分的像散和畸變曲線圖
[0038]圖7為本發(fā)明紅外光部分的像散和畸變曲線圖
[0039]圖8為本發(fā)明可見光部分的MTF曲線圖
[0040]圖9為本發(fā)明紅外光部分的MTF曲線圖 [0041]圖10為本發(fā)明專利在模擬實際拍攝時畸變表現(xiàn)和普通鏡頭比較[【具體實施方式】]
[0042]下面結(jié)合附圖與本發(fā)明的實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:
[0043]如圖1所示，一種新型的超廣角鏡頭，其特征在于:包括有鏡頭外殼，所述鏡頭外殼內(nèi)從物方到像方依次排列的光學(xué)玻璃包括:
[0044]第一透鏡1，其具有負(fù)光焦度的草帽型透鏡；
[0045]第二透鏡2，其具有負(fù)光焦度的雙凹透鏡或平凹透鏡；
[0046]第三透鏡3，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡；
[0047]第四透鏡4，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡；
[0048]光闌元件5，第五透鏡6，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡；
[0049]第六透鏡7，其具有正光焦度的雙凸面透鏡；
[0050]第七透鏡8，其具有負(fù)光焦度的彎月形透鏡；
[0051]第八透鏡9，其具有正光焦度的雙凸型透鏡；
[0052]所述第八透鏡8光連接有濾色片10 ；
[0053]所述鏡頭導(dǎo)入的可見光波段與近紅外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
[0054]所述第一透鏡I為高折射率、低色散玻璃透鏡，所述第一透鏡I朝向面rl的一面為凸面透鏡，所述第一透鏡I與第二透鏡2光連接的一面r2為凹面透鏡，所述第一透鏡I的折射率為ndl≥1.8，阿貝數(shù)為vdl≥40，第一透鏡I朝向面rl的一面為凸面透鏡，用于降低光學(xué)系統(tǒng)畸變，畸變是物體和像失去相似性，對大視場鏡頭來說控制畸變非常重要。
[0055]所述第二透鏡2為高折射率、低色散玻璃透鏡，所述第二透鏡2與第一透鏡I光連接的一面r3為凹面透鏡，所述第二透鏡2與第三透鏡3光連接的一面r4為凹面透鏡，所述第二透鏡2的折射率為nd2≥1.8，阿貝數(shù)vd2為≥40。
[0056]其中，第一透鏡I和第二透鏡2兩者均為高折射率、低色散材料，能有效導(dǎo)入180°以上視場角以上的光線并減小第一個鏡片的口徑，以避免體積過大。
[0057]所述第三透鏡3為高折射率高色散的玻璃透鏡，所述第三透鏡3與第二透鏡2光連接的一面r5為凹面透鏡，所述第三透鏡3與第四透鏡4光連接的一面r6為凸面透鏡，所述第三透鏡3的折射率nd3≥1.8，阿貝數(shù)vd3 ≤ 26。
[0058]所述第四透鏡4為高折射率高色散的玻璃透鏡，所述第四透鏡4與第三透鏡3光連接的一面r7為凸面透鏡，所述第四透鏡4與光闌元件5光連接的一面r8為凸面透鏡，所述第四透鏡4的折射率nd4≥1.8，阿貝數(shù)vd4 ≤26。[0059]其中，第三透鏡3和第四透鏡4兩者均為高折射率、高色散材料，能快速會聚第一透鏡I和第二透鏡2的導(dǎo)入光線，且高色散材料能有效補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)中的色差值。
[0060]第三透鏡3要有一定的厚度，可以減少大入射角度光線的場曲像差，如果第三透鏡3過薄，匹茲萬場曲和系統(tǒng)的累積場曲將很難校正。當(dāng)一個系統(tǒng)存在場曲是，不可能得到一個整個像面都清晰的平面像，導(dǎo)致視場中間清晰或視場邊緣清晰或視場中心清晰等問題，即中心和周邊不同步。
[0061]所述第五透鏡6為玻璃透鏡，所述第五透鏡6與光闌元件5光連接的一面r9為凹面透鏡，所述第五透鏡6與第六透鏡7光連接的一面rlO為凸面透鏡。
[0062]所述第六透鏡7朝像面rl2與所述第七透鏡8朝物面rl3進(jìn)行粘合連接組成正光焦度的結(jié)合透鏡組，所述第六透鏡7與第五透鏡6光連接的一面rll為凸面透鏡，所述第七透鏡8與第八透鏡9光連接的一面rl4為凸面透鏡，所述第七透鏡8的折射率nd7與第六透鏡?的折射率nd6，兩者之間的差值范圍為nd7-nd6≥0.2，所述第六透鏡7的阿貝數(shù)vd6與第七透鏡8的阿貝數(shù)vd7，兩者之間的差值范圍為vd6-vd7≥35。
[0063]所述第八透鏡9為玻璃透鏡，所述第八透鏡9與第七透鏡8光連接的一面rl5為凸面鏡，所述第八透鏡9與濾色片10光連接的一面rl6為凸面透鏡。 [0064]其中，所述第五透鏡6的朝像面rlO至成像面MX的距離BFL，第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡6、第六透鏡7、第七透鏡8、第八透鏡9組合的焦距值EFL，兩者之間的比值范圍為4≥BFL/EFL≥2.5，所述鏡頭半像高H與焦距值EFL的比值范圍為H/EFL > 1.85，所述鏡頭的全市場角FOV的取值范圍為FOV > 180°。
[0065]鏡頭以光闌元件4為界把鏡頭劃分成前后兩組，其中所述第一透鏡1、第二透鏡
2、第三透鏡3、第四透鏡4組合焦距ff，所述第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4組合焦距ff與第五透鏡6、第六透鏡7、第七透鏡8、第八透鏡9組合焦距fb比值范圍為-2.6 < ff/fb ( -2 ;限制了系統(tǒng)必須具有相互補(bǔ)償?shù)恼?fù)光焦度組合。當(dāng)ff/fb小于下限-2.6時，光學(xué)系統(tǒng)總長會增大，不利于小型化結(jié)構(gòu)緊湊的要求；當(dāng)ff/fb大于上限-2時，系統(tǒng)的視場角無法保證。
[0066]本發(fā)明鏡頭的光圈值可達(dá)到Fl.6以上，實現(xiàn)大光圈高速捕捉成像信息；所述鏡頭物方和像方對應(yīng)像點相對于視場角的對應(yīng)關(guān)系為非線性分散函數(shù)，非線性分散函數(shù)偏離對應(yīng)線型關(guān)系分散函數(shù)最大差異量在±10%內(nèi)，當(dāng)鏡頭視場角為水平150度時，光學(xué)畸變小于 65 %。
[0067]圖2至圖9為本發(fā)明應(yīng)于實施案例的光學(xué)性能曲線圖，其中
[0068]圖2為可見光部分軸向色差曲線圖(也可叫球差曲線圖)，由常用的F、d、C(F =
0.486um, d = 0.588um, C = 0.656um)三色光的波長來表示，單位為毫米mm。
[0069]圖3為紅外光部分軸向色差曲線圖(也可叫球差曲線圖)，由常用的近紅外光波(Wl = 0.83um, W2 = 0.85um, W3 = 0.87um)三色光的波長來表示，單位為毫米mm。
[0070]圖4為可見光部分垂軸色差曲線，由常用的F、d、C三色光的波長來表示，單位為微米um。
[0071]圖5為紅外光垂軸色差曲線，由常用的近紅外三色光的波長來表示，單位為微米um。
[0072]圖6為可見光部分像散和畸變曲線圖，由常用的F、d、C三色光的波長來表示，單位為_，畸變曲線圖表示不同視場角情況下的畸變大小值，單位為％。
[0073]圖7為紅外光部分像散和畸變曲線圖，由常用的近紅外三色光的波長來表示，單位為_，畸變曲線圖表示不同視場角情況下的畸變大小值，單位為％。
[0074]圖8為可見光部分MTF曲線圖，代表了一個光學(xué)系統(tǒng)的綜合解像水平。由圖可知，該光學(xué)鏡頭已將各種像差校正到一個較好的水平。
[0075]圖9為紅外光部分MTF曲線圖，代表了一個光學(xué)系統(tǒng)的綜合解像水平。由圖可知，該光學(xué)鏡頭已將各種像差校正到一個較好的水平。
[0076]圖10為該實例和常規(guī)普通鏡頭畸變比較圖片。
[0077]在本發(fā)明實施案例中，該光學(xué)鏡頭的整體焦距值為EFL，光圈值為FN0，視場角為F0V，鏡頭總長TTL，并由物方側(cè)開始，將各個鏡面依次編號，第一透鏡I的鏡面為rl、r2，第二透鏡2的鏡面為r3、r4，第三透鏡3的鏡面為r5、r6，第四透鏡4的鏡面為r7、r8，光闌元件5，第五透鏡6的鏡面為r9、rlO，第六透鏡7的鏡面為rll、rl2，第七透鏡8的鏡面為rl3、rl4,第八透鏡9的鏡面為rl5、rl6,濾色片10，均為球面玻璃結(jié)構(gòu)。
[0078]本發(fā)明優(yōu)選參數(shù)值(表一)
[0079]EFL = 1.5mm，F(xiàn)NO = 2.0, FOV = 185°，TTL = 21mm
[0080]
【權(quán)利要求】
1.一種新型的超廣角鏡頭，其特征在于:包括有鏡頭外殼，所述鏡頭外殼內(nèi)從物方到像方依次排列的光學(xué)玻璃包括: 第一透鏡(I)，其具有負(fù)光焦度的草帽型透鏡； 第二透鏡(2)，其具有負(fù)光焦度的雙凹透鏡或平凹透鏡； 第三透鏡(3)，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡； 第四透鏡(4)，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡； 光闌元件(5)，第五透鏡(6)，其具有正光焦度的彎月形透鏡或雙凸型透鏡； 第六透鏡(7)，其具有正光焦度的雙凸面透鏡； 第七透鏡(8)，其具有負(fù)光焦度的彎月形透鏡； 第八透鏡(9)，其具有正光焦度的雙凸型透鏡； 所述第八透鏡(8)光連接有濾色片(10)； 所述鏡頭導(dǎo)入的可見光波段與近紅外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
2.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的一種新型的超廣角鏡頭，其特征在于:所述第一透鏡(I)的折射率ndl ^ 1.8，阿貝數(shù)vdl ^ 40，所述第一透鏡(I)朝向物面的一面rl為凸面透鏡,所述第一透鏡(I)與第二透鏡(2)光連接的一面r2為凹面透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的超廣角鏡頭，其特征在于:所述第二透鏡(2)的折射率nd2≥.8，阿貝數(shù)vd2≤40，所述第二透鏡(2)與第一透鏡(I)光連接的一面r3為凹面透鏡，所述第二透鏡(2)與第三透鏡(3)光連接的一面r4為凹面透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種新型的超廣角鏡頭，其特征在于:所述第三透鏡(3)的折射率nd3≥.8，阿貝數(shù)vd3≤26，所述第三透鏡(3)與第二透鏡(2)光連接的一面r5為凹面透鏡，所述第三透鏡(3)與第四透鏡(4)光連接的一面r6為凸面透鏡，所述第三透鏡(3)為厚透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的一種新型的超廣角鏡頭，其特征在于:所述第四透鏡(4)的折射率nd4 ^ 1.8，阿貝數(shù)vd4< 26，所述第四透鏡(4)與第三透鏡(3)光連接的一面r7為凸面透鏡，所述第四透鏡(4)與光闌元件(5)光連接的一面r8為凸面透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的一種新型的超廣角鏡頭，其特征在于:所述第六透鏡(7)朝像面rl2與所述第七透鏡(8)朝物面rl3進(jìn)行粘合連接，所述第六透鏡(7)與第五透鏡(6)光連接的一面rll為凸面透鏡，所述第七透鏡(8)與第八透鏡(9)光連接的一面rl4為凸面透鏡，所述第七透鏡(8)的折射率nd7與第六透鏡(7)的折射率nd6，兩者之間的差值范圍為nd7-nd6≤0.2，所述第六透鏡(7)的阿貝數(shù)vd6與第七透鏡(8)的阿貝數(shù)vd7，兩者之間的差值范圍為vd6-vd7≤35。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的一種新型的超廣角鏡頭，其特征在于:所述排列在光闌元件(5)前的鏡片數(shù)量與排列在光闌元件(5)后的鏡片數(shù)量相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的一種新型的超廣角鏡頭，其特征在于:所述第五透鏡(6)的朝像面rlO至成像面MX的距離為BFL，第一透鏡(I)、第二透鏡(2)、第三透鏡(3)、第四透鏡(4)、第五透鏡(6)、第六透鏡(7)、第七透鏡(8)、第八透鏡(9)組合的焦距值為EFL，兩者之間的比值范圍為4≥BFL/EFL≥2.5，所述鏡頭半像高H與焦距值EFL的比值范圍為H/EFL > 1.85，所述鏡頭的全市場角FOV的取值范圍為FOV > 180°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的一種新型的超廣角鏡頭，其特征在于:所述第一透鏡(I)、第二透鏡(2)、第三透鏡(3)、第四透鏡(4)組合焦距&與第五透鏡(6)、第六透鏡(7)、第七透鏡⑶、第八透鏡(9)組合焦距fb比值范圍為-2.6 ≤ ff/fb ≤ -2。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的一種新型的超廣角鏡頭，其特征在于:所述鏡頭物方和像方對應(yīng)像點相對于視場角的對應(yīng)關(guān)系為非線性分散函數(shù)，非線性分散函數(shù)偏離對應(yīng)線型關(guān)系分散函數(shù)最大差異量 在± 10%內(nèi)，當(dāng)鏡頭視場角為水平150度時,光學(xué)畸變小于65%。
【文檔編號】G02B1/00GK104007535SQ201410255337
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】高屹東, 梁偉朝, 白興安, 范家永, 陳鵬, 翟林燕, 趙會堂, 付湘發(fā), 吳正香, 蔡維展, 靳明生, 吳振 申請人:舜宇光學(xué)(中山)有限公司