本發(fā)明涉及一種光學(xué)成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在運動DV及無人機(jī)航拍領(lǐng)域，需要運用成像光學(xué)系統(tǒng)來攝取圖像和拍攝視頻。運動DV一般固定于運動者的身體或者設(shè)備上，在運動者活動時，用于記錄運動者的運動狀態(tài)或者周圍環(huán)境。如跳傘運動中，利用運動DV來固定于跳傘員的身體上，用于記錄周圍跳傘隊員的狀態(tài)和跳傘過程中所能觀看的風(fēng)景。當(dāng)這一段視頻再次播放時，能夠讓人感受到身臨其中。為了盡可能多的記錄周圍圖像，運動DV一般都有很大的視場角。而無人機(jī)航拍時，同樣需要攝取盡可能大的角度內(nèi)的物體。于此同時，為了使得觀察到的景物都更接近真實，需要畫面的畸變程度要盡可能小。在此基礎(chǔ)之上，目前此類消費類產(chǎn)品都朝著4K畫質(zhì)過渡發(fā)展，對于攝取視頻圖像的清晰度，要求至少達(dá)到4K甚至1600萬像素以上。目前運動DV和無人機(jī)用的鏡頭無法達(dá)到最佳使用要求，在實際使用過程中，各類產(chǎn)品總是不盡如人意。經(jīng)過對于市面上主流產(chǎn)品的分析，可以總結(jié)出如下問題。1.大角度伴隨著大畸變在衡量鏡頭攝取圖像的景物和圖像的形變關(guān)系時，一般采用光學(xué)畸變和TV畸變的概念，其中光學(xué)畸變是實際成像圖像和理論成像大小的比較。而TV畸變則是在電視時代形成的概念。簡而言之一般是測量芯片短邊的形變程度。由于人眼對于TV畸變更容易感知，因此TV畸變一般作為實際圖像的形變程度的衡量指標(biāo)。大角度鏡頭在光學(xué)設(shè)計時，由于周邊光線都導(dǎo)入到成像面積內(nèi)，導(dǎo)致周邊景物壓縮嚴(yán)重，從而擠在一起形成畸變，目前市面上大角度消費類鏡頭一般其TV畸變都在20％以上。而人眼對于TV畸變較為敏感，一旦TV畸變量大于2％，會使人產(chǎn)生畫面失真的感覺。因而眾多消費類產(chǎn)品的得到的圖像雖然具有較大的視場角，滿足了消費者攝取更為全面的圖像的需求，但同時伴隨著較大TV畸變，使得圖像的顯示效果失真而降低了觀看圖像時的代入感和真實感。2.畫面周邊像質(zhì)差目前市面上很多產(chǎn)品雖然號稱達(dá)到4K像質(zhì)，但是也只是中心區(qū)域達(dá)到，周邊區(qū)域往往很難滿足，或者有一個角落會發(fā)糊。這是因為這些鏡頭在設(shè)計時導(dǎo)入了大視場光線擠壓在一起所致。如第一點不足所提到的，大視場光線導(dǎo)入易形成大畸變效應(yīng)，越到畫面周邊其畸變效果越明顯。此時周邊景物擠壓在一起占用的像素點就越少，從而導(dǎo)致周邊視場清晰度不足。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，提供一種大視場角低畸變、周邊視場成像質(zhì)量高的成像光學(xué)系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種成像光學(xué)系統(tǒng)，從光線入射景物方向到成像面依次設(shè)立有:第一透鏡組，沿光線入射方向，包括第一球面透鏡L1，第二球面透鏡L2，第三球面透鏡L3，第四球面透鏡L4，第五球面透鏡L5；光闌STP；第二透鏡組，沿光線入射方向，包括第六球面透鏡L6，第七球面透鏡L7，第八球面透鏡L8，第九非球面透鏡L9；IR濾光片；其特征在于：所述第一球面透鏡L1具有正光焦度，第二球面透鏡L2、第三球面透鏡L3、第四球面透鏡L4都具有負(fù)光焦度，第五球面透鏡L5具有正光焦度；第六球面透鏡L6具有正光焦度，第七八球面透鏡L7、L8組合成為一個膠合件，整體具有負(fù)光焦度，第九非球面透鏡L9具有正光焦度。搭配合理的透鏡折射率和阿貝數(shù)，能有效地減小光學(xué)系統(tǒng)的各種像差，特別是倍率色差和位置色差。如附圖1為該光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，第一球面透鏡L1具有正光焦度，使得第一透鏡組和第二透鏡組的前后結(jié)構(gòu)相呼應(yīng)，從而使得畸變降到近似為0，同時可以保證畸變曲線圖曲線平緩上升，顯示TV畸變近似于0。特別的，第一球面透鏡(L1)與第二球面透鏡L2滿足以下的條件式：(1)Vd1>39(2)Vd2<25其中Vd1表示第一球面透鏡L1的阿貝數(shù)，Vd2表示第二球面透鏡L2的阿貝數(shù)。如此組合的意義在于通過第一球面透鏡L1和第二球面透鏡L2的正負(fù)光焦度互補(bǔ)，使得整體色差降低。從光學(xué)系統(tǒng)的色差圖可以看到紅綠藍(lán)等不同色光得到了良好的校正。優(yōu)選地，在第一透鏡組合與第二透鏡組之間設(shè)置有光闌STP，光闌STP設(shè)置位置在整個結(jié)構(gòu)的偏中心位置，使得前后兩個透鏡組的結(jié)構(gòu)大致相似，此種對稱式的設(shè)計方法可以實現(xiàn)畸變減小，角度增大的效果，使得該光學(xué)系統(tǒng)視場角達(dá)到100°左右，同時TV畸變近似為0。優(yōu)選地，第七球面透鏡L7光焦度為正，第八球面透鏡L8光焦度為負(fù)，第七球面透鏡L7和第八球面透鏡L8膠合成為膠合透鏡。第九球面透鏡L9光焦度為正，且為非球面。其意義在于：為了提升周邊視場性能，需要引入非球面來提升像質(zhì)。非球面放置位置和與其他球面鏡片的配合使用極為重要，其對于周邊視場性能的影響極為顯著。為了使非球面的效應(yīng)最大化，本發(fā)明采用了一種先擴(kuò)散后匯聚的設(shè)計理念。具體而言，通過第八球面透鏡L8的負(fù)光焦度球面透鏡，使得通過第八球面透鏡L8的光束成為發(fā)散狀，使得周邊光束和中心光束產(chǎn)生位移。在第八球面透鏡L8之后設(shè)置第九球面透鏡L9非球面，使得周邊光束和中心光束得以通過非球面透鏡的不同口徑，從而使得周邊像質(zhì)得到優(yōu)化，從中心到周邊MTF下降平緩，保證了周邊像質(zhì)同中心接近。第九球面透鏡L9非球面透鏡的非球面為旋轉(zhuǎn)對稱多項式形式，并用關(guān)于球面的偏移量多項式來表示。所述非球面面型滿足以下方程：其中，c為各點半徑所對應(yīng)的曲率，r是以透鏡長度單位為單位的徑向坐標(biāo)，k是圓錐系數(shù)，也叫二次曲面常數(shù)(k＝0時即為球面)，α1，α2，α3…為非球面高次項系數(shù)，當(dāng)α1，α2，α3…都為0時方程即為二次曲面。對于非球面來說，此方程在歐美國家成為標(biāo)準(zhǔn)的加工方程，國內(nèi)大多數(shù)光學(xué)廠商和研究所也都以此方程為加工標(biāo)準(zhǔn)方程。因此，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)也采用了此類非球面，實現(xiàn)了較好的可加工性和量產(chǎn)性。本發(fā)明的優(yōu)點如下：1.大視場角低畸變本發(fā)明創(chuàng)造性的在第一枚凹透鏡前引入了一枚凸透鏡，在導(dǎo)入大視場光線的同時，該凸透鏡使得光學(xué)結(jié)構(gòu)前后呼應(yīng)，光闌前鏡組和光闌后鏡組的光焦度得到有效平衡，從而減少畸變。本發(fā)明的TV畸變近似于0，畫面效果接近人眼觀察所得。從而真正意義上實現(xiàn)了所看即所得，有效增加了畫面的代入感和真實體驗。2.周邊視場成像質(zhì)量高長期以來，周邊視場的成像質(zhì)量一直是困擾大視場角鏡頭設(shè)計的一大難題。通過減小畸變來改善周邊視場的成像質(zhì)量是一種行之有效的辦法。本發(fā)明將周邊畸變降低為近似于0，使得周邊視場景物能夠占用更多的像素點，獲得更為優(yōu)質(zhì)的成像效果。但是周邊視場的成像效果的提升還有賴于獨特的光學(xué)設(shè)計和組裝工藝。這是因為雖然從設(shè)計上可以盡量提升周邊視場的清晰度，但是周邊視場由于敏感度較高，在組裝完成后，其像質(zhì)依然會降低，一般會損失30％以上。為了彌補(bǔ)在加工過程中的損失，使得全視場記錄的細(xì)節(jié)能夠較好保留，本發(fā)明引入了一種光線先散射后匯集的設(shè)計理念。該設(shè)計理念以及實現(xiàn)途徑將在說明書中詳細(xì)敘述。實現(xiàn)的效果顯而易見，周邊的清晰度得以大幅提升。綜上，本發(fā)明所設(shè)計的一種成像光學(xué)系統(tǒng)，使其在擁有4K超高清畫質(zhì)的同時，具有低畸變、大視場角等特點。附圖說明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是實施例鏡頭相對于d線的各個像差圖圖3是實施例鏡頭的MTF曲線圖具體實施方式下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。一種成像光學(xué)系統(tǒng)，從光線入射景物方向到成像面依次設(shè)立有:第一透鏡組，從光線入射景物方向到成像面，包括第一球面透鏡L1，第二球面透鏡L2，第三球面透鏡L3，第四球面透鏡L4，第五球面透鏡L5；光闌STP；第二透鏡組，沿光線入射方向，包括第六球面透鏡L6，第七球面透鏡L7，第八球面透鏡L8，第九非球面透鏡L9；IR濾光片。所述第一球面透鏡L1具有正光焦度，第二、三、四球面透鏡都具有負(fù)光焦度，第五球面透鏡L5具有正光焦度。第六球面透鏡L6具有正光焦度，第七、八球面透鏡L7、L8組合成為一個膠合件，整體具有負(fù)光焦度。第九非球面透L9鏡具有正光焦度。第一球面透鏡與L1第二球面透鏡L2滿足以下的條件式：(1)Vd1>39(2)Vd2<25其中Vd1表示第一球面透鏡L1的阿貝數(shù)，Vd2表示第二球面透鏡L2的阿貝數(shù)。在第一球面透鏡組合第二球面透鏡組之間設(shè)置有光闌STP。第七球面透鏡L7光焦度為正，第八球面透鏡L8光焦度為負(fù)，第七球面透鏡L7和第八球面透鏡L8膠合成為光焦度為負(fù)的膠合透鏡。第九非球面透鏡L9光焦度為正，第九非球面透鏡L9的非球面為旋轉(zhuǎn)對稱多項式形式，并用關(guān)于球面的偏移量多項式來表示。所述非球面面型滿足以下方程：其中，c為各點半徑所對應(yīng)的曲率，r是以透鏡長度單位為單位的徑向坐標(biāo)，k是圓錐系數(shù)，也叫二次曲面常數(shù)(k＝0時即為球面)，α1，α2，α3…為非球面高次項系數(shù)，當(dāng)α1，α2，α3…都為0時方程即為二次曲面。以下，示出關(guān)于實施例鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。有效焦距EFL＝3.6mm；FNO＝2.8；視場角FOV＝95°；表1是實施例鏡頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)、表2是實施例鏡頭的非球面系數(shù)。表1實施例鏡頭結(jié)構(gòu)參數(shù)表面序號表面類型曲率半徑厚度玻璃材料光闌INF1球面13.1542.90HZLAF50D_CDGM2球面27.4420.103球面9.0550.93FDS18_HOYA4球面3.6380.905球面4.7820.60TAF1_HOYA6球面2.7681.727球面-27.0000.73FCD1_HOYA8球面3.9360.329球面6.1553.24FDS18_HOYA10球面26.1000.73STOPinf0.0012球面7.8071.80TAF1_HOYA13球面-5.6500.3814球面49.1512.01FCD1_HOYA15球面-2.7890.60FDS90_HOYA16球面12.3200.2817非球面8.1652.81’MBACD5N’18非球面-5.9803.6419INF0.7120INF0.50IMGINF-0.02表2實施例鏡頭非球面系數(shù)本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。當(dāng)前第1頁1 2 3