[发明专利]包含非球面结构透镜的超大视场鱼眼镜头

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学系统，特别涉及一种光学成像系统，应用于大视场光学系统的成像技术领域。

背景技术

鱼眼镜头可以获得一般光学系统无法达到的视场范围，视场角能够达到180°甚至更大，在很多领域具有广泛的应用，从特殊摄影逐渐扩展到天文、气象、医疗内窥镜检查、管道内壁检测、球幕电影、建筑测量，乃至公安、边防、海防等领域。随着科技的发展及信息化时代的到来，鱼眼镜头在通信、机器视觉、导航、定位、微小智能系统等方面获得成功应用。在安全监视方面，由于它能够以凝视的方式工作，不需要旋转和扫描，因此可以悄无声息地将来自任意方向的目标尽收眼底，而现在流行的被称为“电子眼”的普通CCD摄像机是无法与它的这种优势相比的。在国防和军事方面，鱼眼镜头有着非常重要的地位。但是目前超大视场鱼眼镜头的设计理论具有很大局限性，而且设计的鱼眼镜头成像质量不是很好。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种包含非球面结构透镜的超大视场鱼眼镜头，在发展的超大视场像差理论和设计方法基础上，通过对其进行软件设计，并结合超大视场光学系统的成像质量评价函数研究，发现了鱼眼镜头在成像过程中，超大视场光线在前面两块负弯月型透镜是光线斜入射程度最严重，像差贡献最大，其余的都较小，开发了新型超大视场鱼眼镜头，该光学系统像面均匀性好，成像质量好，性能可靠，结构紧凑，易于加工。

为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：

一种包含非球面结构透镜的超大视场鱼眼镜头，包括透镜组，由11片透镜和1个滤光片组合而成，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，沿着光轴方向从物方到像方，前组光学系统由负弯月型的第一块透镜、负弯月型的第二块透镜和负弯月型的第三块透镜一共三块透镜组成，第一块透镜、第二块透镜和第三块透镜的凸面均朝前，后组光学系统由第四块负透镜、第五块正透镜、第六块负透镜、第七块负透镜、第八块正透镜、第九块正透镜、第十块负透镜、第十一块正透镜和滤光片组成，滤光片设置于第十一块透镜和像面之间，起到滤光的作用，在前组光学系统中，采用如下任意一种透镜组合方案：

方案一：第一块透镜的前光学表面采用非球面结构，第二块透镜的前光学表面和第三块透镜的前光学表面均采用球面结构；

方案二：第一块透镜的前光学表面和第二块透镜的前光学表面均采用非球面结构，第三块透镜的前光学表面采用球面结构。

作为本发明优选的技术方案，在方案一或方案二中，透镜的光学表面采用非球面结构，因此透镜的光学表面的非球面面型系数应该满足如下方程式：

在方程式中： ，表示透镜的光学表面的非球面面型曲线顶点处的曲率半径；是非球面面型系数，当、、、和时，透镜的光学表面的非球面面型分别为扁椭圆面、球面、长椭圆面、抛物面和双曲面。

作为本发明进一步优选的技术方案，在方案一中，第一块透镜的前光学表面的非球面面型系数为-0.560，前组光学系统的各透镜的后光学表面的面型系数均为-1，后组光学系统的各透镜的面型系数均为-1；

在方案二中，第一块透镜的前光学表面的非球面面型系数为-0.126，第二块透镜的前光学表面的非球面面型系数为-0.389，前组光学系统的各透镜的后光学表面的面型系数均为-1，后组光学系统的各透镜的面型系数均为-1。

作为上述方案进一步优选的技术方案，在方案一中，鱼眼镜头光学系统的全视场角为180°，总焦距为9.677mm，值为1/5.6，后工作距离为12.584mm；在方案二中，鱼眼镜头光学系统的全视场角为180°，总焦距为8.211mm，值为1/5.6，后工作距离为14.364mm。

作为上述方案进一步优选的技术方案，在后组光学系统中，第四块负透镜、第五块正透镜和第六块负透镜组合形成三胶合透镜，第七块负透镜和第八块正透镜组合形成一组双胶合透镜，第十块负透镜和第十一块正透镜组合形成另一组双胶合透镜。

作为上述方案进一步优选的技术方案，在前组光学系统和后组光学系统之间设有光阑，即光阑设置于第三块透镜和第四块负透镜之间，滤光片能根据需要随时更换，起到滤光的作用。