鱼眼镜头光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种鱼眼镜头光学系统，尤其涉及一种具有af(auto focus：自动对焦)功能的高分辨率且低f
‑
θ畸变的鱼眼镜头光学系统。


背景技术：

2.随着高分辨率的ccd、cmos图像传感器的不断出现，该高分辨率的ccd、cmos图像传感器被广泛应用于运动dv、安防监控、车载影像、vr相机等领域。另外，摄影录像系统对图像质量的要求也在不断提高。
3.鱼眼镜头具有大于或等于180度的视场角，因此利用鱼眼镜头构成的成像系统可以获得半球甚至超半球的场景图像。并且，随着现有的图像处理算法及ai技术的不断进步发展，鱼眼镜头的应用不断地增加并且变得多元化。
4.目前市场上的鱼眼镜头种类繁多，但是这些鱼眼镜头大多数只能满足4k以下要求，这些鱼眼镜头还存在光阑不可调、图像畸变量大、不能很好地兼顾远近景等缺点，导致鱼眼镜头不能满足更多元化的影像应用需求。
5.专利申请jp 2014
‑
215594记载了一种鱼眼镜头，在该鱼眼镜头中，焦点调整是后组整体移动，后组由6枚透镜构成。由于后组内的透镜很多，因此后组整体的重量很重，如果使用af来快速地进行对焦的话，显然是不合适的。另外，专利申请jp 2016
‑
1841836记载了一种鱼眼镜头，在该鱼眼镜头中，为了调节焦点而进行移动的透镜有两枚，在透镜组的中间，通过马达使透镜进行移动时，存在连动的驱动机构变得复杂的缺点，因此af结构复杂化。


技术实现要素：

6.实用新型要解决的问题
7.本实用新型的目的在于提供一种容易地实现af功能的高分辨率且低f
‑
θ畸变的鱼眼镜头光学系统。
8.用于解决问题的方案
9.根据本公开的一方面，提供了一种鱼眼镜头光学系统，所述鱼眼镜头光学系统通过使最靠像侧的透镜沿光轴移动来进行焦点调整，所述鱼眼镜头光学系统的视角超过180
°
，最靠物侧的第一透镜是物侧面为凸面且像侧面为凹面的负光焦度的透镜，所述鱼眼镜头光学系统满足以下条件式。
10.6<fz/f<13
11.其中，fz为所述最靠像侧的透镜的焦距，f为所述鱼眼镜头光学系统整体的焦距。
12.优选地，所述最靠像侧的透镜是物侧面为凸面且像侧面为凹面的半月形透镜。
13.优选地，所述鱼眼镜头光学系统包括从物侧起沿光轴依次设置的负光焦度的第一透镜组、正光焦度的第二透镜组、孔径光阑、正光焦度的第三透镜组以及正光焦度的第四透镜组，所述第一透镜组由从物侧起依次设置的所述第一透镜、负光焦度的第二透镜以及负
光焦度的第三透镜构成，所述第二透镜组由从物侧起依次设置的负光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜以及负光焦度的第七透镜构成，所述第三透镜组由从物侧起依次设置的负光焦度的第八透镜、正光焦度的第九透镜、负光焦度的第十透镜、正光焦度的第十一透镜、正光焦度的第十二透镜以及负光焦度的第十三透镜构成，所述第四透镜组由作为所述最靠像侧的透镜的正光焦度的第十四透镜构成。
14.根据本公开的另一方面，提供了一种鱼眼镜头光学系统，所述鱼眼镜头光学系统包括从物侧起沿光轴依次设置的负光焦度的第一透镜组、正光焦度的第二透镜组、孔径光阑、正光焦度的第三透镜组以及正光焦度的第四透镜组，所述第一透镜组由从物侧起依次设置的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜以及负光焦度的第三透镜构成，所述第二透镜组由从物侧起依次设置的负光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜以及负光焦度的第七透镜构成，所述第三透镜组由从物侧起依次设置的负光焦度的第八透镜、正光焦度的第九透镜、负光焦度的第十透镜、正光焦度的第十一透镜、正光焦度的第十二透镜以及负光焦度的第十三透镜构成，所述第四透镜组由沿光轴移动以进行焦点调整的正光焦度的第十四透镜构成。
15.优选地，所述第一透镜～所述第十四透镜均为玻璃球面透镜。
16.优选地，所述第一透镜～所述第三透镜是弯月形透镜，所述第四透镜是双凹形透镜，所述第五透镜是双凸形透镜，所述第六透镜～所述第八透镜是弯月形透镜，所述第九透镜是双凸形透镜，所述第十透镜和所述第十一透镜是弯月形透镜，所述第十二透镜是双凸形透镜，所述第十三透镜是双凹形透镜，所述第十四透镜是弯月形透镜。
17.优选地，所述孔径光阑为能够实现光阑值的变动的可变光阑。
18.优选地，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜的物侧面均为凸面，并且像侧面均为凹面。
19.优选地，所述第四透镜与所述第五透镜构成接合透镜。
20.优选地，所述第十二透镜与所述第十三透镜构成接合透镜。
21.优选地，所述第八透镜、所述第九透镜以及所述第十透镜构成接合透镜。
22.优选地，所述鱼眼镜头光学系统满足以下条件：
23.15<|f1/f|<20
24.5<|f2/f|<10
25.1<|f3/f|<6
26.2<|f4/f|<8
27.2<|f5/f|<8
28.2<|f6/f|<8
29.7<|f7/f|<13
30.4<|f8/f|<10
31.0.5<|f9/f|<3
32.1<|f10/f|<4
33.2<|f11/f|<8
34.4<|f12/f|<10
35.6<|f13/f|<13
36.6<|f14/f|<13
37.其中，f1～f14分别是所述第一透镜～所述第十四透镜的焦距，f为所述鱼眼镜头光学系统整体的焦距。
38.优选地，所述鱼眼镜头光学系统满足以下条件：
39.1.45<n1<1.60
40.55<v1<80
41.1.50<n2<1.65
42.55<v2<80
43.1.90<n3<2.05
44.15<v3<40
45.1.58<n4<1.73
46.40<v4<70
47.1.90<n5<2.05
48.20<v5<60
49.1.95<n6<2.10
50.15<v6<40
51.1.58<n7<1.73
52.50<v7<80
53.1.95<n8<2.10
54.15<v8<35
55.1.40<n9<1.55
56.70<v9<95
57.1.65<n10<1.80
58.20<v10<60
59.1.40<n11<1.55
60.70<v11<95
61.1.40<n12<1.55
62.70<v12<95
63.1.65<n13<1.80
64.20<v13<60
65.1.40<n14<1.55
66.50<v14<80
67.其中，n1～n14分别是所述第一透镜～所述第十四透镜的折射率，
68.v1～v14分别是所述第一透镜～第十四透镜的阿贝数。
69.实用新型的效果
70.根据上述方案，鱼眼镜头光学系统的f
‑
θ畸变小，视场角大，分辨率高。另外，鱼眼镜头光学系统的af结构简单化，能够快速地对焦，从而能够容易地实现远近景af功能。因此，能够更好的还原现实场景，从而满足多场景的各种视觉需求。
71.根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本实用新型的其它特征及方面将
变得清楚。
附图说明
72.包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本实用新型的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本实用新型的原理。
73.图1是实施例的鱼眼镜头光学系统的透镜截面及光路图。
74.图2是表示实施例的鱼眼镜头光学系统的球差及f
‑
θ畸变曲线。
75.图3是表示实施例的鱼眼镜头光学系统的mtf(调制传递函数)的曲线图。
76.附图标记说明
77.110～140：第一透镜组～第四透镜组；l1～l14：第一透镜～第十四透镜；sto：孔径光阑；ir：滤光片；cg：平面玻璃片；ima：成像面。
具体实施方式
78.以下将参考附图详细说明本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
79.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
80.另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段和元件未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。
81.本实用新型的第一实施方式提供一种鱼眼镜头光学系统，在视角超过180
°
的鱼眼镜头光学系统中，通过使最靠像侧的透镜沿光轴移动来进行焦点调整，当将最靠像侧的透镜的焦距设为fz、将鱼眼镜头光学系统整体的焦距设为f时，满足6<fz/f<13的关系。由此，本实施方式所涉及的鱼眼镜头光学系统的f
‑
θ畸变小，视场角大，分辨率高。另外，本实施方式所涉及的鱼眼镜头光学系统的af结构简单化，能够快速地对焦，从而能够容易地实现远近景af功能。因此，能够更好的还原现实场景，从而满足多场景的各种视觉需求。
82.另外，在上述第一实施方式所涉及的鱼眼镜头光学系统中，可以设置可变光阑，以能够实现光阑值的变动。例如，可变光阑是内孔径大小可以变动的光阑。通过上述可变光阑的设置，能够保证镜头在不同光照条件下的高质量图像的拍摄，使得拍摄有了更强的环境适应性。由此，能够实现具有f2.8至f22的可变光阑、且容易地实现远近景af的分辨率高且f
‑
θ畸变小的鱼眼镜头光学系统。
83.本实用新型的第二实施方式提供一种鱼眼镜头光学系统，包括从物侧起沿光轴依次设置的负光焦度的第一透镜组、正光焦度的第二透镜组、孔径光阑、正光焦度的第三透镜组以及正光焦度的第四透镜组。第一透镜组由三枚透镜构成，从物侧至像侧依次设置有负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜以及负光焦度的第三透镜。第二透镜组由四枚透镜构成，从物侧至像侧依次设置有负光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜以及负光焦度的第七透镜。第三透镜组由六枚透镜构成，从物侧至像侧依次设置
有负光焦度的第八透镜、正光焦度的第九透镜、负光焦度的第十透镜、正光焦度的第十一透镜、正光焦度的第十二透镜以及负光焦度的第十三透镜。第四透镜组仅由一枚透镜构成，设置有沿光轴移动以进行焦点调整的正光焦度的第十四透镜。由此，本实施方式所涉及的鱼眼镜头光学系统的f
‑
θ畸变变小，视场角大，分辨率高。另外，本实施方式所涉及的鱼眼镜头光学系统的af结构简单化，能够快速地对焦，从而能够容易地实现远近景af功能。因此，能够更好的还原现实场景，从而满足多场景的各种视觉需求。
84.另外，在上述第二实施方式所涉及的鱼眼镜头光学系统中，可以将孔径光阑设为可变光阑，以能够实现光阑值的变动。例如，可变光阑是内孔径大小可以变动的光阑。由此，本实施方式所涉及的鱼眼镜头光学系统的视角为180度以上，可达195度，光阑可以在f2.8～f22范围内可变，f
‑
θ畸变小，解析度高，可满足6k分辨率高清品质的要求。相比现有技术而言性能有了很大程度的提高，从而满足更多的场景应用需求。另外，还能够保证不同光照条件下的高质量图像的拍摄，使得拍摄有了更强的环境适应性。
85.下面，结合附图来对实施例所涉及的鱼眼镜头光学系统进行说明。
86.实施例所涉及的鱼眼镜头光学系统能够应用于会议记录、智能监控、全景摄录，ai或vr相机等设备上。该鱼眼镜头光学系统主要由14枚透镜构成，通过采用不同透镜的相互组合，具有良好的光学性能。
87.如图1所示，在本实施例所涉及的鱼眼镜头光学系统中，从物侧至像侧沿光轴依次设置有负光焦度的第一透镜组110、正光焦度的第二透镜组120、可变光阑sto、正光焦度的第三透镜组130、正光焦度的第四透镜组140、滤光片ir以及平面玻璃片cg。滤光片ir例如为用于使红外线截止的红外截止滤光片。滤光片ir和平面玻璃片cg并非必要的器件，因此也可以省略。
88.在第一透镜组110中，从物侧至像侧依次设置有负光焦度的第一透镜l1、负光焦度的第二透镜l2以及负光焦度的第三透镜l3。第一透镜l1是物侧面为凸面且像侧面为凹面的弯月形透镜，第二透镜l2是物侧面为凸面且像侧面为凹面的弯月形透镜，第三透镜l3是物侧面为凸面且像侧面为凹面的弯月形透镜。通过透镜l1、l2、l3采用上述的配置方式，能够使鱼眼镜头光学系统具有较大视场角的同时有效地降低鱼眼镜头光学系统的畸变。举例而言，在本实施例中，鱼眼镜头光学系统的最大f
‑
θ畸变仅为
‑
0.2％。可堪称无畸变。
89.在第二透镜组120中，从物体侧至像侧依次设置有负光焦度的第四透镜l4、正光焦度的第五透镜l5、正光焦度的第六透镜l6以及负光焦度的第七透镜l7。第四透镜l4是双凹形透镜，第五透镜l5是双凸形透镜，第六透镜l6是物侧面为凸面且像侧面为凹面的弯月形透镜，第七透镜l7是物侧面为凸面且像侧面为凹面的弯月形透镜。
90.可变光阑sto是内孔径大小可以变动的光阑，能够实现光阑值的变动。通过上述可变光阑的设置，能够保证镜头在不同光照条件下的高质量图像的拍摄，使得拍摄有了更强的环境适应性。
91.在第三透镜组130中，从物体侧至像侧依次设置有负光焦度的第八透镜l8、正光焦度的第九透镜l9、负光焦度的第十透镜l10、正光焦度的第十一透镜l11、正光焦度的第十二透镜l12以及负光焦度的第十三透镜l13。第八透镜l8是物侧面为凸面且像侧面为凹面的弯月形透镜，第九透镜l9是双凸形透镜，第十透镜l10是物侧面为凹面且像侧面为凸面的弯月形透镜，第十一透镜l11是物侧面为凹面且像侧面为凸面的弯月形透镜，第十二透镜是双凸
形透镜，第十三透镜l13是双凹形透镜。
92.第四透镜l4与第五透镜l5构成接合透镜，例如，通过光学胶将第四透镜l4与第五透镜l5粘合，来组成双胶合透镜。第八透镜l8、第九透镜l9及第十透镜l10构成接合透镜，例如，通过光学胶将第八透镜l8、第九透镜l9及第十透镜l10粘合，来组成三胶合透镜。第十二透镜l12与第十三透镜l13构成接合透镜，例如，通过光学胶将第十二透镜l12与第十三透镜l13粘合，来组成双胶合透镜。通过上述胶合透镜的设计，特别是三胶合透镜的设计，可以很大程度地校正鱼眼镜头光学系统的色差，保证鱼眼镜头光学系统在强对比度的环境下拍摄时不出现紫边现象。
93.在第四透镜组140中，设置有能够沿光轴移动的正光焦度的第十四透镜l14，第十四透镜l14是物侧面为凸面且像侧面为凹面的弯月形透镜。通过使第十四透镜l14沿光轴移动，能够实现鱼眼镜头光学系统的远景及近景af功能。
94.优选的是，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8、第九透镜l9、第十透镜l10、第十一透镜l11、第十二透镜l12、第十三透镜l13以及第十四透镜l14这十四枚透镜均为玻璃球面透镜。通过采用所有透镜均为玻璃透镜的设计方式，可以避免在研发过程中产生昂贵的模具费用，起到减少研发费用的效果。
95.优选的是，第一透镜l1～第十四透镜l14的焦距与鱼眼镜头光学系统的焦距的比值满足以下条件。
96.15<|f1/f|<20
97.5<|f2/f|<10
98.1<|f3/f|<6
99.2<|f4/f|<8
100.2<|f5/f|<8
101.2<|f6/f|<8
102.7<|f7/f|<13
103.4<|f8/f|<10
104.0.5<|f9/f|<3
105.1<|f10/f|<4
106.2<|f11/f|<8
107.4<|f12/f|<10
108.6<|f13/f|<13
109.6<|f14/f|<13
110.其中，f是鱼眼镜头光学系统整体的焦距，f1～f14分别是第一透镜l1～第十四透镜l14的焦距。
111.优选的是，第一透镜l1～第十四透镜l14的折射率、阿贝数满足以下条件。
112.1.45<n1<1.6055<v1<801.50<n2<1.6555<v2<801.90<n3<2.0515<v3<401.58<n4<1.7340<v4<70
1.90<n5<2.0520<v5<601.95<n6<2.1015<v6<401.58<n7<1.7350<v7<801.95<n8<2.1015<v8<351.40<n9<1.5570<v9<951.65<n10<1.8020<v10<601.40<n11<1.5570<v11<951.40<n12<1.5570<v12<951.65<n13<1.8020<v13<601.40<n14<1.5550<v14<80
113.其中，n1～n14分别是第一透镜l1～第十四透镜l14的折射率，v1～v14分别是第一透镜l1～第十四透镜l14的阿贝数。
114.满足上述条件的鱼眼镜头光学系统具有以下优点：结构紧凑，具有良好的光学性能。
115.举例而言，本实施例所涉及的鱼眼镜头光学系统的设计参数可以如下表所示。关于记号，r为各面的曲率半径，d为各光学构件的壁厚或空气间隔，nd为各光学构件的针对d线的折射率，vd为各光学构件的针对d线的阿贝数。
116.[0117][0118]
远近景对焦时第十四透镜l14的移动位置可以如下表所示。
[0119]
对焦距离远景对焦(2m)近景对焦(1.2m)l14移动位置(d23)0.520.48
[0120]
本实施例所涉及的鱼眼镜头光学系统可实现的规格可以如下表所示。
[0121][0122]
在本实施例中，通过采用上述的第一透镜～第十四透镜的结构设计，鱼眼镜头光学系统的视角为180度以上，可达195度，光阑可以在f2.8～f22范围内可变，f
‑
θ畸变小，解析度高，可满足6k分辨率高清品质的要求。相比现有技术而言性能有了很大程度的提高，满足更多的场景应用需求。另外，还能够保证不同光照条件下的高质量图像的拍摄，使得拍摄有了更强的环境适应性。
[0123]
以上已经描述了本实用新型的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。