一种鱼眼镜头的制作方法

本实用新型涉及光学技术领域，特别是指一种鱼眼镜头。

背景技术：

光学系统的景深决定了系统能够从物空间获得的信息量，若系统景深更大，获得的成像空间将会更广阔，成像信息将更丰富。在扩展系统景深的情况下，球差、色差以及由温度变化和安装误差引起的离焦均对成像质量造成更严重的影响。

现有的安防监控镜头为实现大景深范围、宽温差内的清晰成像，需要在鱼眼镜头上增加调焦机构。通常利用环形孔径来扩展系统景深，或是利用光学切趾法增大景深，其实质都是缩小系统的相对孔径，使通过系统孔径的光量减少，在弱环境光照的条件下成像质量变差，很难做到实时对目标景物的清晰成像，降低了人机功效。而调焦机构的设置导致产品的重量、产品成本增加，降低了可靠性，难以应用于无人监视的监控场景中。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种无需调焦机构、解像品质高的鱼眼镜头。

基于上述目的本实用新型提供的一种鱼眼镜头，包括从物侧至像侧依次设置的第一双非球面弯月负透镜、第二双非球面弯月负透镜、光阑、位相编码片、双凸球面透镜以及胶合透镜组。

进一步的，所述胶合透镜组包括双非球面双凹胶合前负透镜和双非球面双凸胶合后正透镜，所述双非球面双凹胶合前负透镜靠近所述双凸球面透镜。

进一步的，所述胶合透镜组远离所述双凸球面透镜的一侧，依次设置有截止滤光片和传感器接收面。

进一步的，所述第一双非球面弯月负透镜的凹面朝向物侧，所述第二双非球面弯月负透镜的凸面朝向物侧。

进一步的，所述光阑紧邻所述第二双非球面弯月负透镜的凸面。

进一步的，所述位相编码片以双凸球面透镜为基底且位相编码面紧邻所述光阑；

或，

所述位相编码片设置于平面透镜上且紧邻所述光阑。

进一步的，所述位相编码片为3次奇对称型。

进一步的，设定所述鱼眼镜头的光轴为z轴并以物体光线传播的方向为正向建立右手坐标系，所述位相编码片以双凸球面透镜为基底时，对应的面型矢高z满足下列方程：

其中，c代表作为基底的双凸球面透镜的曲率且c＝0.09838，

r代表作为基底的双凸球面透镜在x、y平面内的径向坐标；

k代表作为基底的双凸球面透镜的圆锥系数且k＝0；

a6＝0.132，a7＝-0.019，a8＝-0.019,a9＝0.132；

x、y为所述位相编码片面型上的坐标。

进一步的，所述第一双非球面弯月负透镜、第二双非球面弯月负透镜、双非球面双凹胶合前负透镜和双非球面双凸胶合后正透镜的材料为可模压成型的光学塑料，所述位相编码片的材料为可模压成型的光学玻璃。

进一步的，所述第一双非球面弯月负透镜的折射率为1.535218、阿贝数为56.1153；所述第二双非球面弯月负透镜的折射率为1.642199、阿贝数为22.4088；所述双非球面双凹胶合前负透镜的折射率为1.63550、阿贝数为23.7846；所述双非球面双凸胶合后正透镜的折射率为1.53116、阿贝数为56.0439；所述位相编码片的折射率为1.588329、阿贝数为61.1651。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的鱼眼镜头，通过鱼眼镜头中透镜的组合以及在光路的光阑附近设置位相编码片，对经过第一双非球面弯月负透、第二双非球面弯月负透镜和光阑的位相进行波前编码，从而在大焦深范围内获得一致性很好的模糊成像结果。该模糊成像结果能够经复原算法得到大焦深范围内的清晰像，实现焦深的扩展。与现有技术相比，本实用新型的鱼眼镜头替代了传统安防监控镜头通过缩小系统的相对孔径增加景深的方案，经解像能够对目标景物实时的清晰成像，这样的技术方案无需调焦机构，降低了产品的重量和成本，提高了系统可靠性和人机功效，能够广泛应用于无人监视的监控场景中。

本实用新型提供的鱼眼镜头还能够消除温度变化对成像质量的影响，同时具有光学系统光学消热差和扩景深的功能。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种鱼眼镜头的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本实用新型实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

参考图1，本实用新型提供一种鱼眼镜头，包括从物侧至像侧依次设置的第一双非球面弯月负透1、第二双非球面弯月负透镜2、光阑3、位相编码片4、双凸球面透镜以及胶合透镜组。进一步的，所述第一双非球面弯月负透镜的凹面朝向物侧，所述第二双非球面弯月负透镜的凸面朝向物侧。可选的，所述光阑紧邻所述第二双非球面弯月负透镜的凸面。

本实用新型的鱼眼镜头，利用置于光阑处的位相编码片对光学波前进行编码，使经镜头后出射的光线不再是聚集于像面上的一点，而是具有一定大小的光束，该光束的大小在很大的焦深范围内保持不变，使系统的点扩散函数和mtf曲线在很大的深度范围内保持一致，从而在像平面前后的大焦深范围内获得一致性很好的模糊成像结果。所述模糊成像结果能够用适当的滤波函数复原成清晰图像，便可得到大焦深范围内的清晰像，同时实现扩展焦深、消除温度变化对成像质量的影响。此外，能够解决夜间近红外波段清晰成像引起的离焦问题，实现了宽光谱范围内的共焦清晰成像。对模糊成像结果利用滤波函数复原的方法，为本领域的现有技术，不再赘述。

本实用新型的鱼眼镜头，通过透镜的组合以及在光路的光阑附件设置位相编码片，能够在大焦深范围内获得一致性高的模糊成像结果，所述模糊成像结果经过复原能够得到4m像素分辨率(4百万像素分辨率)的超大景深、宽温差范围的清晰成像。

在本实用新型的一些实施例中，所述胶合透镜组包括双非球面双凹胶合前负透镜5和双非球面双凸胶合后正透镜6，所述双非球面双凹胶合前负透镜5靠近所述双凸球面透镜。通过采用胶合透镜组，能够有效减少安装偏差，提高镜头的精确度和稳定性。

在本实用新型的一些实施例中，所述双凸球面透镜的两侧球面半径相等且为10.165。

在本实用新型的一些实施例中，所述胶合透镜组远离所述双凸球面透镜的一侧，依次设置有截止滤光片7和传感器接收面8。可选的，所述传感器接收面为cmos传感器接收面，图像捕获更加灵活、灵敏度更高、动态范围更宽、分辨率更高、功耗更低，适用于安全监控领域。

在本实用新型的一些实施例中，所述位相编码片4以双凸球面透镜为基底且位相编码面紧邻所述光阑。将位相编码片4设置在双凸球面透镜上，光线传播路径更短，传播误差更小，有利于获取更精准的图像信息。

作为一种可选的替代方案，所述位相编码片也可以设置于平面透镜上。

可选的，所述位相编码片4为3次奇对称型。

进一步的，设定所述鱼眼镜头的光轴为z轴并以物体光线传播的方向为正向建立右手坐标系，位相编码片的面型矢量方程式：

其中，n为级数中多项式系数的总数，ai为第i项扩展多项式的系数。该多项式只是在x，y方向的幂级数。

本实用新型中，当位相编码片以双凸球面透镜为基底时，所述位相编码片的面型矢高z满足下列方程：

其中，c代表作为基底的双凸球面透镜的曲率且c＝0.09838，r代表作为基底的双凸球面透镜在x、y平面内的径向坐标；k代表作为基底的双凸球面透镜的圆锥系数且k＝0；a6＝0.132，a7＝-0.019，a8＝-0.019,a9＝0.132；x、y为所述位相编码片面型上的坐标。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一双非球面弯月负透镜、第二双非球面弯月负透镜、双非球面双凹胶合前负透镜和双非球面双凸胶合后正透镜的材料为可模压成型的光学塑料，所述位相编码片的材料为可模压成型的光学玻璃。优选的，为低熔点可模压成型的光学玻璃。光学塑料重量更轻，有利于降低鱼眼镜头的质量，增加使用安装便捷性；位相编码片作为本实用新型鱼眼镜头的关键部件，对于耐用性和稳定性要求更高，采用光学玻璃能够有效保障鱼眼镜头的耐用性能，降低可能的维修成本。本领域技术人员能够理解，当位相编码片以双凸球面透镜为基底时，所述双凸球面透镜为光学玻璃材质；当位相编码片以平面透镜为基底时，所述平面透镜为光学玻璃材质。

可选的，所述第一双非球面弯月负透镜的折射率为1.535218、阿贝数为56.1153，例如为k26r光学塑料；所述第二双非球面弯月负透镜的折射率为1.642199、阿贝数为22.4088，例如为okp1光学塑料；所述双非球面双凹胶合前负透镜的折射率为1.63550、阿贝数为23.7846，例如为ep5000光学塑料；所述双非球面双凸胶合后正透镜的折射率为1.53116、阿贝数为56.0439，例如为e48r光学塑料。

可选的，所述位相编码片的折射率为1.588329、阿贝数为61.1651，例如为d-zk3光学玻璃。

在传统光学系统中，不同离焦量、不同工作温度下的点扩散函数分布为大小不一的弥散圆，弥散圆的大小随着离焦量的增加而变大，随着工作温差的增加而增大。采用本实用新型的鱼眼镜头时，系统的点扩散函数分布是一个等腰三角形，且在不同离焦量、不同工作温差条件下，基本上保持一致，在后续解像处理中，通过简单的复原算法就可以实现不同离焦位置、不同工作温度下模糊图的清晰复原，使光学系统具备了超景深、消温差影响的功能。

本实用新型的鱼眼镜头替代了传统安防监控镜头通过缩小系统的相对孔径增加景深的方案，经解像能够对目标景物实时的清晰成像，实现宽温差范围、超景深范围内的清晰成像，又无需调焦机构，降低了产品的重量和成本，提高了系统可靠性和人机功效，能够广泛应用于无人监视的监控场景中。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。