[发明专利]一种变焦鱼眼镜头系统及设计方法

说明书

本发明涉及一种变焦鱼眼镜头系统及设计方法，其中镜头系统，沿光轴从物体端至成像端设有对应分别具有负正光焦度的前透镜组和后透镜组，设计方法为：步骤1：针对前透镜组初步设计确定每块负弯月型透镜的相关参数；步骤2：依据所述前透镜组光学系统像方空间视场角以及像差分布情况来设计选择所述后透镜组的结构及参数，并组成所述变焦鱼眼镜头系统的初始结构；步骤3：初步设计系统总光路；步骤4：对鱼眼镜头初始结构进行前组和后组的组元划分，利用相关软件对该初始结构进行进一步优化设计并最终获得视场角在180°～90°范围变化、相应的系统焦距在8mm～16mm范围变化的变焦鱼眼镜头系统。与现有技术相比，本发明具有焦距范围广、应用领域多等优点。

技术领域

本发明涉及应用光学技术领域，尤其是涉及一种变焦鱼眼镜头系统及设计方法。

背景技术

在光学系统凝视视角不大的情况下，通过机电结构和伺服控制使光轴在一定范围内按某种规律做二维旋转扫描，以增大信息感知的角空域。这也是工程上采用最多的扩充视角的方法。

为保证信息获取的实时性，采用多镜头做视场角拼接是扩大信息感知角空域的另一种实用技术，也是目前常用的方法。该技术采用了大视场、高分辨力的凝视成像传感器、先进的电子组件电路和信号处理技术，其突出优点就是视角覆盖空域内保证了信息获取的实时性。

旋转/步进扫描技术获取信息过程中，需要足够的时间，该技术主要缺点就是损失了信息获取的“实时性”。这种技术还受系统转动惯量、旋转扫描机构的框架角等因素限制，从而降低了其快速响应性能，该技术装置不能覆盖全空域而不留盲区，有信息丢失和漏警的缺点。

多镜头拼接技术只适用于扩展平面角，要用工程方法拼接成一个覆盖全空域的立体角是不实际的。该技术另一个缺点是带来体积、重量、功耗等方面的困难。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种变焦鱼眼镜头系统及设计方法，变焦鱼眼镜头系统就是模仿水下鱼的眼睛仰视水面之上半球空域的一类仿生系统，把鱼眼的这种功能通过设计成光学仪器的形式就成了变焦鱼眼镜头系统，它能满足人们以尽可能大的视野范围获取信息的目的。

在保持像面不变的情况下，通过改变系统中两个或两个以上的透镜组间隔，达到整个系统焦距改变的效果，实现系统在整个变焦过程中能够获得连续清晰的像。与固定焦距镜头不同，变焦镜头无需更换镜头，通过推拉或旋转变焦环即可实现变焦组之间距离的改变从而达到系统焦距的增加或减小。通过把镜头的焦距放大或缩小，在物体不改变位置的情况下物体的不同部位就可以清晰观察到。通过改变镜头的倍率，对物体的全局观察和局部精确检测就能实现，这些功能是单个定焦镜头所无法具备的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种变焦鱼眼镜头系统，沿光轴方向，从物体端至成像端依次设有具有负光焦度的前透镜组和具有正光焦度的后透镜组，所述前透镜组由沿光轴方向，从物体端至成像端依次设置的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、负光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜和负光焦度的第五透镜组成，所述后透镜组由沿光轴方向，从物体端至成像端依次设置的正光焦度的第六透镜、孔径光阑、负光焦度的第七透镜、正光焦度的第八透镜、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、负光焦度的第十二透镜、正光焦度的第十三透镜和正光焦度的第十四透镜。

进一步地，所述第七透镜与第八透镜、第九透镜与第十透镜以及第十二透镜与第十三透镜均各自通过胶合的方式组成双胶合透镜。

进一步地，该镜头系统的短焦距为8mm，短焦距对应的视场角为180°，该镜头系统的中焦距为12mm，中焦距对应的视场角为120°，该镜头系统的长焦距为16mm，长焦距对应的视场角为90°。