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CN108845404A - 一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头 - Google Patents

一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，沿光轴的方向，从物方至像方依次包括具有负光焦度的前组光学系统和具有正光焦度的后组光学系统；所述前组光学系统在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第一块透镜、负光焦度的第二块透镜和负光焦度的第三块透镜；所述后组光学系统在沿光轴的方向从物方至像方依次包括正光焦度的第四块透镜、负光焦度的第五块透镜、孔径光阑、负光焦度的第六块透镜、正光焦度的第七块透镜、正光焦度的第八块透镜、负光焦度的第九块透镜、正光焦度的第十块透镜和滤光片。本发明具有成像质量高，尺寸小，结构紧凑、易于加工和安装等优点。

Description

一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，特别是一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头。
背景技术
近年来，随着社会的发展，各个领域对安防及监控的要求不断提高；尤其目前人们对汽车的需求不断增加，使得车载监控变得越来越重要。但是，现在市场上的车载镜头主要是分辨率低，尤其在光弱的情况下所拍摄的图像无论是整体的清晰度还是图片的锐度都不够好，这远远不能满足车载监控要求图像的清晰度。镜头是车载监控成像设备的核心，随着安防行业的发展以及监控技术的不断提高，对镜头的需要和品质也不断提高。而且，目前车载监控镜头正朝着成像质量高、超广角、小型化趋势发展。现有的车载镜头在清晰度方面不能满足车载监控成像质量高的需求，同时，镜头的尺寸较大且视场角比较小，使得它们不适合应用在车载监控中。
因此，研制出一种成像质量高、结构紧凑，并且易于加工和安装的微型鱼眼镜头，就成为了光学设计人员急需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，具有成像质量高，尺寸小，结构紧凑、易于加工和安装等优点。
本发明采用以下方案实现：一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，沿光轴的方向，从物方至像方依次包括具有负光焦度的前组光学系统和具有正光焦度的后组光学系统；
所述前组光学系统在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第一块透镜、负光焦度的第二块透镜和负光焦度的第三块透镜；
所述后组光学系统在沿光轴的方向从物方至像方依次包括正光焦度的第四块透镜、负光焦度的第五块透镜、孔径光阑、负光焦度的第六块透镜、正光焦度的第七块透镜、正光焦度的第八块透镜、负光焦度的第九块透镜、正光焦度的第十块透镜和滤光片。
进一步地，所述第一块透镜朝向物方的光学面和第五块透镜朝向像方的光学面均采用非球面设计，第一块透镜与第五块透镜的其余光学面以及其余透镜的光学面都采用球面。
进一步地，光学面的坐标满足二次圆锥曲面方程式：
x2+y2＝a1z+a2z2；
式中，x、y、z为光学表面上的任意一点的坐标，a1＝2R0，R0表示光学面O点处的曲率半径，a2是决定光学面面型的系数；当a2≠-1时，光学面为非球面，具体分类如下：
当a2＜-1、-1＜a2＜0、a2＝0和a2＞0时，光学面的面型分别为扁椭圆面、长椭圆面、抛物面和双曲面；如果a2＝-1，则光学面为球面。
进一步地，所述第一块透镜朝向物方的光学面和第五块透镜朝向像方的光学面的面型系数分别为-7.89、-1.07，第一块透镜与第五块透镜的其余光学面以及其余透镜的光学面的面型系数均为-1。
进一步地，镜头的视场角为180°，总焦距为0.527mm，F数为3，总长度为10.88mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。
进一步地，所述第一块透镜、第二块透镜、第三块透镜、第四块透镜、第五块透镜、第六块透镜、第七块透镜、第八块透镜、第九块透镜和第十块透镜的材料分别为N-BK7(n＝1.5168)、N-BK7(n＝1.5168)、N-BK7(n＝1.5168)、SF3(n＝1.7400)、SF3(n＝1.7400)、SF8(n＝1.6889)、N-LAKN7(n＝1.6516)、N-LAKN7(n＝1.6516)、SF3(n＝1.7400)、N-LAKN7(n＝1.6516)。
进一步地，所述滤光片的材料为N-BK7(n＝1.5168)。
进一步地，所述第六块透镜与第七块透镜组合成双胶合透镜，所述第八块透镜与第九块透镜组合成双胶合透镜。
较佳的，所述孔径光阑位于第五块透镜和第六块透镜之间；所述滤光片位于第十块透镜与像平面之间，可以根据需要随时更换，起到滤光的作用。
本发明采用非球面面型能够达到抑制系统像差的作用，因此应用光学追迹程序计算出系统中对像差贡献较大的光学面；然后对这些光学面进行非球面设计及优化。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明的像面均匀性好，成像质量高，同时能够实现超广角与小型化，并且具有结构紧凑、易于加工和安装等优点。
附图说明
图1为本发明实施例的光学面坐标系示意图。
图2为本发明实施例的可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头的结构示意图。
图3为本发明实施例的微型非球面鱼眼镜头的MTF曲线图。
图4为本发明实施例的微型非球面鱼眼镜头的相对照度图。
图5为本发明实施例的微型非球面鱼眼镜头的畸变曲线图。
图6为本发明实施例的微型非球面鱼眼镜头的光路图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图2以及图6所示，本实施例提供了一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，沿光轴的方向，从物方至像方依次包括具有负光焦度的前组光学系统和具有正光焦度的后组光学系统；
所述前组光学系统在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第一块透镜、负光焦度的第二块透镜和负光焦度的第三块透镜；
所述后组光学系统在沿光轴的方向从物方至像方依次包括正光焦度的第四块透镜、负光焦度的第五块透镜、孔径光阑、负光焦度的第六块透镜、正光焦度的第七块透镜、正光焦度的第八块透镜、负光焦度的第九块透镜、正光焦度的第十块透镜和滤光片。
在本实施例中，所述第一块透镜朝向物方的光学面和第五块透镜朝向像方的光学面均采用非球面设计，第一块透镜与第五块透镜的其余光学面以及其余透镜的光学面都采用球面。
如图1所示，在本实施例中，光学面的坐标满足二次圆锥曲面方程式：
x2+y2＝a1z+a2z2；
式中，x、y、z为光学表面上的任意一点的坐标，a1＝2R0，R0表示光学面O点处的曲率半径，a2是决定光学面面型的系数；当a2≠-1时，光学面为非球面，具体分类如下：
当a2＜-1、-1＜a2＜0、a2＝0和a2＞0时，光学面的面型分别为扁椭圆面、长椭圆面、抛物面和双曲面；如果a2＝-1，则光学面为球面。
在本实施例中，所述第一块透镜朝向物方的光学面和第五块透镜朝向像方的光学面的面型系数分别为-7.89、-1.07，第一块透镜与第五块透镜的其余光学面以及其余透镜的光学面的面型系数均为-1。
在本实施例中，镜头的视场角为180°，总焦距为0.527mm，F数为3，总长度为10.88mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。
在本实施例中，所述第一块透镜、第二块透镜、第三块透镜、第四块透镜、第五块透镜、第六块透镜、第七块透镜、第八块透镜、第九块透镜和第十块透镜的材料分别为N-BK7(n＝1.5168)、N-BK7(n＝1.5168)、N-BK7(n＝1.5168)、SF3(n＝1.7400)、SF3(n＝1.7400)、SF8(n＝1.6889)、N-LAKN7(n＝1.6516)、N-LAKN7(n＝1.6516)、SF3(n＝1.7400)、N-LAKN7(n＝1.6516)。
在本实施例中，所述滤光片的材料为N-BK7(n＝1.5168)。
在本实施例中，所述第六块透镜与第七块透镜组合成双胶合透镜，所述第八块透镜与第九块透镜组合成双胶合透镜。
较佳的，在本实施例中，所述孔径光阑位于第五块透镜和第六块透镜之间；所述滤光片位于第十块透镜与像平面之间，可以根据需要随时更换，起到滤光的作用。
本实施例采用非球面面型能够达到抑制系统像差的作用，因此应用光学追迹程序计算出系统中对像差贡献较大的光学面；然后对这些光学面进行非球面设计及优化。
图3、图4、以及图5分别为本实施例的可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头的MTF曲线、相对照度和畸变图。从图3、图4和图5可以得到本发明要求保护的微型鱼眼镜头具有成像质量高、各种像差校正的到了一个较好的水平，以及相对照度高的特点；另外，畸变符合鱼眼镜头的成像要求。
特别的，在本实施例中，所述的第一块透镜具有负光焦度，朝向物方和像方的光学面均凸向物方，所述的第二块透镜具有负光焦度，朝向物方的光学面为平面和朝向像方的光学面凸向物方，所述的第三块透镜具有负光焦度，朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面为平面；所述的第四块透镜具有正光焦度，朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方，所述的第五块透镜具有负光焦度，朝向物方和像方的光学面均凸向物方，所述的第六块透镜具有负光焦度，朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方，所述的第七块透镜具有正光焦度，朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方，并与所述的第六块透镜组成双胶合透镜，所述的第八块透镜具有正光焦度，朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方，所述的第九块透镜具有负光焦度，朝向物方的光学面和朝向像方的光学面均凸向像方，并与所述的第八块透镜组成双胶合透镜，所述的第十块透镜具有负光焦度，朝向物方的光学面和朝向像方的光学面均凸向物方的透镜，所述的孔径光阑位于第五块透镜和第六块透镜之间，起到调节成像光束宽度的作用，类似于照相机中的光圈，所述的滤光片位于第十块透镜与像平面之间，能够对特定的波长进行过滤，并可以根据实际需要对其进行更换。
本实施例的可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头结构参数见表1。
表1
综上，本实施例可以使得镜头的像面均匀性更好，成像质量更高，尺寸更小，结构更紧凑，更加便于加工和安装。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，其特征在于：沿光轴的方向，从物方至像方依次包括具有负光焦度的前组光学系统和具有正光焦度的后组光学系统；
所述前组光学系统在沿光轴的方向从物方至像方依次包括负光焦度的第一块透镜、负光焦度的第二块透镜和负光焦度的第三块透镜；
所述后组光学系统在沿光轴的方向从物方至像方依次包括正光焦度的第四块透镜、负光焦度的第五块透镜、孔径光阑、负光焦度的第六块透镜、正光焦度的第七块透镜、正光焦度的第八块透镜、负光焦度的第九块透镜、正光焦度的第十块透镜和滤光片。
2.根据权利要求1所述的一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，其特征在于：所述第一块透镜朝向物方的光学面和第五块透镜朝向像方的光学面均采用非球面设计，第一块透镜与第五块透镜的其余光学面以及其余透镜的光学面都采用球面。
3.根据权利要求2所述的一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，其特征在于：光学面的坐标满足二次圆锥曲面方程式：
x2+y2＝a1z+a2z2；
式中，x、y、z为光学表面上的任意一点的坐标，a1＝2R0，R0表示光学面O点处的曲率半径，a2是决定光学面面型的系数；当a2≠-1时，光学面为非球面，具体分类如下：
当a2＜-1、-1＜a2＜0、a2＝0和a2＞0时，光学面的面型分别为扁椭圆面、长椭圆面、抛物面和双曲面；如果a2＝-1，则光学面为球面。
4.根据权利要求2所述的一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，其特征在于：所述第一块透镜朝向物方的光学面和第五块透镜朝向像方的光学面的面型系数分别为-7.89、-1.07，第一块透镜与第五块透镜的其余光学面以及其余透镜的光学面的面型系数均为-1。
5.根据权利要求1所述的一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，其特征在于：镜头的视场角为180°，总焦距为0.527mm，F数为3，总长度为10.88mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。
6.根据权利要求1所述的一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，其特征在于：所述第一块透镜、第二块透镜、第三块透镜、第四块透镜、第五块透镜、第六块透镜、第七块透镜、第八块透镜、第九块透镜和第十块透镜的材料分别为N-BK7、N-BK7、N-BK7、SF3、SF3、SF8、N-LAKN7、N-LAKN7、SF3、N-LAKN7。
7.根据权利要求1所述的一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，其特征在于：所述滤光片的材料为N-BK7。
8.根据权利要求1所述的一种可用于车载监控的微型非球面鱼眼镜头，其特征在于：所述第六块透镜与第七块透镜组合成双胶合透镜，所述第八块透镜与第九块透镜组合成双胶合透镜。
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