后置孔徑光欄高清魚眼視頻攝像鏡頭的制作方法
【專利說明】后置孔徑光欄高清魚眼視頻攝像鏡頭 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)鏡頭裝置，它是一種后置孔徑光欄高清魚眼視頻攝像鏡頭，適用 于廣場、大型倉庫、商場、大型公共交通工具、電梯等安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域，特別適用于汽車后 置倒車視頻顯示觀察場合。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高速汽車行業(yè)迅速發(fā)展，交通發(fā)生的事故日愈嚴(yán)重。因此，交通比較發(fā)達(dá)的 國家，除了開發(fā)偏軸附加后視鏡外，增設(shè)了具有智能功能的防撞前視鏡和倒車用的后視視 頻監(jiān)視系統(tǒng)，以避免人為的追尾、傾覆等安全事故。這些視頻監(jiān)視系統(tǒng)的配置的攝像鏡頭， 要求視場角達(dá)180°，相對(duì)孔徑大于1:2,清晰度由以往的標(biāo)清向高清提高，鏡頭的光學(xué) 長度不能超過30_等小型化要求。這種攝像鏡頭的特點(diǎn)是允許相對(duì)畸變特別大，甚至達(dá) 到100%。汽車行業(yè)對(duì)環(huán)境的要求特別嚴(yán)格，要求能適應(yīng)高溫酷熱（80°C以上）、低溫酷冷 (_40°C以下），能承受高溫潮濕的環(huán)境并具有防水浸功能，能耐高強(qiáng)度的沖擊、振動(dòng)等。這類 攝像機(jī)鏡頭還應(yīng)考慮應(yīng)用在安防的其他領(lǐng)域，因此要求的加工工藝好，性價(jià)比高的經(jīng)濟(jì)要 求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于通過新型的光學(xué)鏡頭裝置，提供視場角達(dá)180度、相對(duì)孔徑D/ f'優(yōu)于1:1. 8、全視場MTF值在200lp/mm情況下超過0. 3,并具備滿足各種特殊環(huán)境要求的 小型化性價(jià)比高的后置孔徑光欄高清魚眼視頻攝像鏡頭。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案是這樣構(gòu)成的：
[0005] 一種后置孔徑光欄高清魚眼視頻攝像鏡頭，其特征在于：它包括沿光線入射方向 依次設(shè)置的前鏡組A、中繼場鏡B、后鏡組C和孔徑光欄；
[0006] 所述前鏡組A由第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡構(gòu)成短焦距負(fù)光焦度 的鏡組，這四個(gè)透鏡分別是凸凹負(fù)透鏡、雙凹負(fù)透鏡、雙凸正透鏡和凹凸負(fù)透鏡，其組合焦 距以fA'表示，其中第三透鏡及第四透鏡組成雙膠合透鏡組；
[0007] 所述中繼場鏡B由第五透鏡構(gòu)成，該透鏡為單片雙凸正透鏡，以f中'表示它的焦 距值；
[0008] 所述后鏡組C由第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡及第九透鏡構(gòu)成正光焦度的鏡組， 這四個(gè)透鏡分別是雙凸正透鏡、雙凸正透鏡、雙凹負(fù)透鏡、雙凸正透鏡；其中第七透鏡、第八 透鏡及至第九透鏡組成三膠合透鏡組；
[0009] 所述孔徑光欄置于第九透鏡后面，以Ip^表示它與鏡頭像面間的距離；以Lf'表 不光學(xué)系統(tǒng)的后焦點(diǎn)距離；以2hpl表不光學(xué)系統(tǒng)的入瞳大?。?br>[0010] 上述光學(xué)系統(tǒng)須滿足以下條件：
[0011] 0 彡 lp' -1/〈0· 15 ......(1)
[0012] 17〈f 中 '〈18, 3〈M中〈8. 1 ......(2)
[0013] 0. 13<|hp1/fA, |<0. 17 ......(3)
[0014] I. 70^^1. 75, 52<Vl<57 ......(4) 1.70< η8<1.74, 28〈 v8< 35 η _5] I. 52< n9<l. 57, 58< v9< 65 l· ...... (5)，
[0016] 其中，Μφ表示中繼場鏡B的承擔(dān)的"中繼"物與像的放大倍率，ndP v i分別表示第 一透鏡的折射率和阿貝系數(shù)，njP V 8分別表示第八透鏡的折射率和阿貝系數(shù)，η 9和V 9分別 表示第九透鏡的折射率和阿貝系數(shù)。
[0017] 此外，本發(fā)明上述技術(shù)方案還進(jìn)一步改進(jìn)如下：所述后置孔徑光欄高清魚眼視頻 攝像鏡頭還包括設(shè)置在中繼場鏡B和后鏡組C之間的視場光欄，所述視場光欄的位置選在 光軸上孔徑光束和被前鏡組A切割過的邊緣光線下光束的高度小于要切割的其他中間視 場下光束的位置。
[0018] 所述后置孔徑光欄高清魚眼視頻攝像鏡頭還包括設(shè)置于孔徑光欄和鏡頭像面之 間的保護(hù)玻璃，所述保護(hù)玻璃為平行平板鏡片。
[0019] 所有透鏡采用全球面透鏡，并且多片透鏡的前后兩面半徑相同。其中6片透鏡的 前后兩面半徑相同。
[0020] 本發(fā)明工作原理說明如下：
[0021] 第一：本發(fā)明所述的后置孔徑光欄高清魚眼視頻攝像鏡頭包括前鏡組Α、中繼場 鏡B和后鏡組C等幾個(gè)部分。前鏡組A是一個(gè)短焦距負(fù)光焦度鏡組，它的作用是把超廣角的 軸外視場角逐步降為后組能承擔(dān)的廣角視場角。由于前組承擔(dān)很大的視場角，因此在結(jié)構(gòu) 上選取了軸上光束經(jīng)過各面的偏角小一點(diǎn)的方案（Au i' =Ui' -Ui〈0. 15) -（其中，七是 各個(gè)透鏡表面的出射角，u/是各個(gè)透鏡表面的出射角，Au/是各個(gè)透鏡相應(yīng)表面的入射 角和出射角的偏差），以降低軸上像差的高級(jí)量。這樣，用初級(jí)像差就能將前鏡組A的剩余 軸上像差平衡。與此同時(shí)，還使進(jìn)入每面的軸外光束折射后能盡量靠近各面的球心或使它 的入射角控制在40°以下，以降低其可能產(chǎn)生的軸外高級(jí)像差。中繼場鏡B的作用，一方面 起著使前鏡組A的出瞳和后組的入瞳實(shí)現(xiàn)"瞳瞳"相接作用，使系統(tǒng)的光欄球差減小，并壓 縮了進(jìn)入后鏡組C的光束角度，另一方面讓它產(chǎn)生一定量的正初級(jí)球差和色球差去平衡前 鏡組A產(chǎn)生剩余的負(fù)初級(jí)球差和色球差。由于前鏡組A成的"虛像"（中繼場鏡B的"物"） 處在中繼場鏡B的前焦點(diǎn)內(nèi)（附近），使中繼場鏡B成的"虛像"的像距拉長，減小后鏡組C 承擔(dān)的軸上光束的孔徑角。后鏡組C起著把經(jīng)前鏡組A和中繼場鏡B成的近距離的"虛像" 會(huì)聚在攝像器件的成像面上。后鏡組C是一個(gè)相對(duì)孔徑接近1:1. 3和廣角視場的短焦物鏡 組，由于前鏡組A和中繼場鏡B單獨(dú)校正了色球差，但產(chǎn)生較大的負(fù)倍率色差和負(fù)方向的像 場彎曲及像散，因此需要后鏡組C單獨(dú)校正色球差的同時(shí)產(chǎn)生一定量的正倍率色球差和正 方向的像場彎曲及像散，達(dá)到整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的像差平衡。我們選用了 一個(gè)單片加一組三片 式膠合的結(jié)構(gòu)，比較好的解決了這個(gè)問題。由于近距離成像，后鏡組C起到拉長光學(xué)系統(tǒng)的 后截距作用。
[0022] 第二：本發(fā)明所述的后置孔徑光欄高清魚眼視頻攝像鏡頭，選用了超廣角鏡頭很 少采用的后置固定孔徑光欄方案。采用這個(gè)方案的原因是在這一位置上，后置固定孔徑光 欄可起著控制光學(xué)系統(tǒng)孔徑角的同時(shí)把各視場特別是邊緣光束偏離其會(huì)聚像點(diǎn)較大的上 光束攔掉。如何做到既能有效攔光以提高整個(gè)成像面的像質(zhì)又能把孔徑角做大是結(jié)構(gòu)選擇 的關(guān)鍵。此外，設(shè)置后置孔徑光欄可更有效地減少雜散光的影響。
[0023] 第三：本發(fā)明所述的后置孔徑光欄高清魚眼視頻攝像鏡頭還在中繼場鏡B和后鏡 組C之間設(shè)置了視場光欄，視場光欄的位置是設(shè)置在光軸上孔徑光束和被前鏡組A攔光后 的軸外邊緣光束的高度小于要攔掉的中間視場光束的位置。這樣可以進(jìn)一步提高不同視場 上、下光束的對(duì)稱性，縮小各視場在像面的彌散度，提高整個(gè)像面成像質(zhì)量的均勻性。
[0024] 較之現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0025] (1)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用較合理的前鏡組、中繼場鏡和后鏡組的光學(xué)組合，特 別是選用后置孔徑光欄和在后鏡組和中繼場鏡之間的特定位置增設(shè)了視場光欄，有效地?cái)r 掉了偏離會(huì)聚像點(diǎn)的相關(guān)視場的上、下光線，使軸上和軸外各個(gè)視場光束的彌散程度大大 降低，提高了整個(gè)像面的成像質(zhì)量。本發(fā)明的光學(xué)鏡頭在滿足視場角達(dá)186°、相對(duì)孔徑達(dá) 1:1. 7、清晰度達(dá)2501p/mm的條件下，整個(gè)視場的MTF值超過0. 3,邊緣視場的相對(duì)照度超過 0. 5,光學(xué)總長不超過30mm，實(shí)現(xiàn)了高清小型化的要求。
[0026] (2)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于采用全球面結(jié)構(gòu)和較廉價(jià)加工性能好的光學(xué)材料，并使 多片透鏡兩面半徑相同（九片中有六片），特別是后鏡組C中的三膠合片前三個(gè)面