超大視場魚眼鏡頭的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學鏡頭，特別是涉及一種光學廣角鏡頭，應用于光學成像和影 像采集設備技術領域。
【背景技術】
[0002] 魚眼鏡頭系統(tǒng)是指視場角達到180°，甚至更大的一個光學系統(tǒng)，最早提出是在 1932年。早期的一些魚眼鏡頭設計思路方法很簡單，不能夠很好的補償光學系統(tǒng)所產(chǎn)生的 像差，因此，成像質量并不是很好。隨著后期理論的逐漸完善，通過像差的補償計算、以及光 學軟件的優(yōu)化功能，可以得到高質量的成像系統(tǒng)，但是，所得到的光學系統(tǒng)一般比較復雜， 鏡頭片數(shù)比較多，大大增加了制造技術和精度的難度，而且，前人的理論在魚眼鏡頭設計上 具有一定的局限性。

【發(fā)明內容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種 超大視場魚眼鏡頭，采用平面對稱光學理論，第一組透鏡是通過平面對稱光學理論的優(yōu)化 基礎上得到，第二組是在Tessar物鏡的基礎上，通過補償?shù)谝唤M所帶來的像差來優(yōu)化得 到，鑒于平面對稱光學理論的通用性，得到非常好的成像效果。
[0004] 為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術方案：
[0005] 一種超大視場魚眼鏡頭，光學系統(tǒng)為4組5片結構，沿著鏡片公共的中軸線從左到 右排列設置，透鏡的組成形式為：具有負屈光度的第一組透鏡和具有正屈光度的第二組透， 第一組透鏡由第一塊負透鏡和第二塊負透鏡兩塊透鏡由左側物方到右側像方依次排列組 成，第二組透鏡由第三塊正透鏡、第四塊正透鏡和第五塊負透鏡三塊透鏡自左向右依次排 列組成，其中第四塊正透鏡和第五塊負透鏡組合為雙膠合透鏡，即朝向像面的第四塊正透 鏡的第四后鏡面和朝向物面的第五塊負透鏡的第五前鏡面完全貼合形成合二為一的公共 透鏡面，光闌位置位于第三塊正透鏡和第四塊正透鏡之間，第一塊負透鏡或第三塊正透鏡 的曲面為非球面結構，其中第一塊負透鏡和第三塊正透鏡的非球面結構滿足如下條件：
[0006] X'2+y'2=a乂+a2z'2 (i)
[0007] 在上述式（i)中，S1= 2R。，Rtl是坐標原點處的曲率半徑；a2是面型系數(shù)，對于a2 <-Ua2=-1、-1 <a2< (Ka2= 0、和&2> 0時，式（i)分別代表扁橢圓面、球面、長橢 圓面、拋物面和雙
[0008] 作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，整個光學系統(tǒng)采用玻璃材料，第一塊負透鏡和第二 塊負透鏡的材料皆采用折射率n為1. 6986的N-LAK14,第三塊正透鏡的材料采用折射率n 為1. 6727的N-SF5,第四塊正透鏡的材料采用折射率n為1. 48656的N-FK51，第五塊負透 鏡的材料采用折射率n為1. 80518的SFL6。
[0009]作為本發(fā)明的一種進一步優(yōu)選的技術方案，朝向物面的第一塊負透鏡的第一前鏡 面的非球面系數(shù)為-0. 4,朝向像面的第一塊負透鏡的第一后鏡面和其他透鏡的各鏡面均為 球面。
[0010] 作為本發(fā)明的另一種進一步優(yōu)選的技術方案，朝向物面的第一塊負透鏡的第 一前鏡面的非球面系數(shù)為-0.44,朝向物面的第二塊負透鏡的第二前鏡面的非球面系數(shù) 為-0. 89,朝向像面第一塊負透鏡的第一后鏡面、朝向像面第二塊負透鏡的第二后鏡面和其 他透鏡的各鏡面均為球面。
[0011] 作為本發(fā)明上述方案的進一步優(yōu)選的技術方案，光闌的孔形狀為圓形，孔徑直徑 接近5mm〇
[0012] 作為本發(fā)明上述方案的進一步優(yōu)選的技術方案，設置其光學系統(tǒng)的各元件的結構 參數(shù)遵循如下評價函數(shù)：
【主權項】
1. 一種超大視場魚眼鏡頭，其特征在于，光學系統(tǒng)為4組5片結構，沿著鏡片公共的中 軸線從左到右排列設置，透鏡的組成形式為：具有負屈光度的第一組透鏡和具有正屈光度 的第二組透，所述第一組透鏡由第一塊負透鏡和第二塊負透鏡兩塊透鏡由左側物方到右側 像方依次排列組成，所述第二組透鏡由第=塊正透鏡、第四塊正透鏡和第五塊負透鏡=塊 透鏡自左向右依次排列組成，其中所述第四塊正透鏡和所述第五塊負透鏡組合為雙膠合透 鏡，即朝向像面的所述第四塊正透鏡的第四后鏡面和朝向物面的所述第五塊負透鏡的第五 前鏡面完全貼合形成合二為一的公共透鏡面巧），光闊（7)位置位于所述第=塊正透鏡和 所述第四塊正透鏡之間，所述第一塊負透鏡或所述第=塊正透鏡的曲面為非球面結構，其 中所述第一塊負透鏡和所述第=塊正透鏡的非球面結構滿足如下條件： X'2+y'2=ajZ'+a2Z'2 (i) 在上述式（i)中，ai=2R〇，R。是坐標原點處的曲率半徑；32是面型系數(shù)，對于a2<-l、 32= -1、-1 <a2< 0、3 2= 0、和32> 0時，式（i)分別代表扁楠圓面、球面、長楠圓面、 拋物面和雙曲面。
2. 根據(jù)權利要求1所述超大視場魚眼鏡頭，其特征在于；所述第一塊負透鏡和所述第 二塊負透鏡的材料皆采用折射率n為1.6986的N-LAK14,所述第S塊正透鏡的材料采用折 射率n為1. 6727的N-SF5,所述第四塊正透鏡的材料采用折射率n為1. 48656的N-FK51， 所述第五塊負透鏡的材料采用折射率n為1. 80518的SFL6。
3. 根據(jù)權利要2所述超大視場魚眼鏡頭，其特征在于：朝向物面的所述第一塊負透鏡 的第一前鏡面（1)的非球面系數(shù)為-0.4,朝向像面的所述第一塊負透鏡的第一后鏡面（2) 和其他透鏡的各鏡面均為球面。
4. 根據(jù)權利要求2所述超大視場魚眼鏡頭，其特征在于；朝向物面的所述第一塊負透 鏡的第一前鏡面（1)的非球面系數(shù)為-0.44,朝向物面的所述第二塊負透鏡的第二前鏡面 (3)的非球面系數(shù)為-0.89,朝向像面所述第一塊負透鏡的第一后鏡面（2)、朝向像面所述 第二塊負透鏡第二后鏡面（4)和其他透鏡的各鏡面均為球面。
5. 根據(jù)權利要求1~4中任意一項所述超大視場魚眼鏡頭，其特征在于：所述光闊（7) 的孔形狀為圓形，孔徑直徑接近5mm。
6. 根據(jù)權利要求1~4中任意一項所述超大視場魚眼鏡頭，其特征在于：設置其光學 系統(tǒng)的各元件的結構參數(shù)遵循如下評價函數(shù)：
(ii) 在上述式（ii)中，是第i個視場的物點在像面上孔徑光線像差在子午和弧 矢方向的均方根值，表示光學系統(tǒng)的垂軸色差和軸向色差，e1、yiW及ni是相 應項的權重因子Aw和Qyw的計算表達式為：
在上述式（化）中，Wq和L分別為光束在光學系統(tǒng)的最后光學鏡面10上沿子午（X)和 弧矢（y)方向的投影長度；垂軸色差分量Q。^的計算表達式為：
(iv) 在上述式（iv)中，h/和V分別是F光和C光的主光線與像平面的交點與光軸的距 離；通過主光線追跡方程計算得到如下的計算表達式為：
在上述式（v)中，Pg為第g個光學表面的曲率半徑；h'、MlO'、《g、eg、^g、r。'的幾何意義見說明書附圖中的圖10 ;軸向色差分量的計算表達式為：
(Vi) 在上述式（Vi)中，0DW是第i個視場角的D光在像方空間的光束半孔徑角，r'mpw、r'mew和r'mDW分別表示F光、C光和D光沿主光線在最后光學面和像面之間的距離， 表示光學系統(tǒng)的像方視場角。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超大視場魚眼鏡頭，光學系統(tǒng)為4組5片結構，從左到右，透鏡的組成形式為：具有負屈光度的第一組透鏡和具有正屈光度的第二組透鏡。第一組由物方到像方依次為第一塊負透鏡和第二塊負透鏡兩塊透鏡組成；第二組由第三塊正透鏡、第四塊正透鏡和第五塊負透鏡三塊透鏡組成，其中第四塊和第五塊為膠合透鏡，光闌位置位于第三塊和第四塊透鏡之間。本光學系統(tǒng)通過優(yōu)化方法得到第一組透鏡的參數(shù)，保證第二組的像差等抵消第一組帶來的像差，本光學系統(tǒng)有著結構簡單，成像質量好的特點。
【IPC分類】G02B13-18, G02B13-06
【公開號】CN104793321
【申請?zhí)枴緾N201510167082
【發(fā)明人】呂麗軍, 田林, 牛智全, 方翔, 侍業(yè)
【申請人】上海大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月9日