[发明专利]一种水空两用全景镜头

说明书

本发明提出了一种水空两用全景镜头，能够在空气以及水下环境中捕获高质量的全景图像。本发明通过光学设计方法，采用全球面设计出一种在空气以及水下环境中视场角均超过180°的全景镜头，并在两种环境下均具有高的成像分辨率。本发明采用10片玻璃球面式设计，F数为2，在空气和水下环境中视场角均超过180°，其中空气视场角可达200°～240°，水下视场角可达180°～210°。所设计镜头在两种环境全视场范围内MTF良好，400lp/mm处的MTF均高于0.1，分辨率高，能在多样化环境下捕获高质量的全景图像。所设计全景镜头能满足用户的多样化使用需求，且加工简单，造价较低。

技术领域

本发明涉及光学设计技术领域，具体涉及一种水空两用全景镜头。

背景技术

传统相机镜头空间带宽积有限，视场角通常小于180°，只能捕获周围环境中的部分目标场景。为了对周围环境进行整体捕获，360°全景成像系统的设计成为热点研究话题。全景镜头是全景成像技术的核心组件，能够一次性对空间垂直和水平方向大于180°的半球视场进行捕获。

文献“Design and assessment of a 360°panoramic and high-performancecapture system with two tiled catadioptric imaging channels,Applied Optics,2018.”中提出了一种全景成像镜头，镜头结构如图1所示。该全景镜头包括七片透镜和一片棱镜，第五透镜和第六透镜组成双胶合透镜，F数为2，空气中视场角为190°，为了提高成像分辨率，第二透镜和第七透镜采用非球面设计。该全景镜头仅保证了在空气中视场角大于180°，而水的折射率大于空气折射率，水下视场角无法保证达到180°。虽然使用了一定数量的非球面矫正像差，来提高全景镜头在空气中的成像分辨率，但造价昂贵，成本较高。并且在设计过程中只考虑了空气中的成像分辨率，没有优化镜头在水下的成像分辨率，无法在水下捕获高质量全景图像。

综上，现有全景镜头仅在空气中视场角达到180°，而水的折射率大于空气折射率，因此镜头水下视场角无法达到180°，即不能在水下实现全景成像。此外，现有全景镜头在设计过程中只考虑了空气中的成像分辨率，没有优化镜头在水下的成像分辨率，无法在水下捕获高质量全景图像。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种水空两用全景镜头，能够在空气以及水下环境中捕获高质量的全景图像。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：本发明的一种水空两用全景镜头，包括前镜头组、后镜头组以及光阑；其中，前镜头组为负折射率透镜组，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜；后镜头组为正折射率透镜组，包括第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及第十透镜；其中，第一透镜为负透镜，第二透镜为负透镜，第三透镜为正透镜，第四透镜为负透镜，第五透镜为正透镜；第六透镜为负透镜，第七透镜为正透镜，第八透镜为正透镜，第九透镜为负透镜，第十透镜为正透镜；光阑设置在第七透镜和第八透镜之间；第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及第十透镜的表面类型均为球面；4≤|f15/f|≤9，≤|f6_10/f|≤10，其中，f表示所述镜头的焦距，f15表示前镜头组的焦距，f6_10表示后镜头组的焦距。

其中，第四透镜和第五透镜组成双胶合透镜，第六透镜和第七透镜组成双胶合透镜，第八透镜和第九透镜组成双胶合透镜。其中，第四透镜、第七透镜和第八透镜阿贝数大于50，第五透镜、第六透镜和第九透镜阿贝数小于40。

其中，14≤|f1/f|≤22，3≤|f2/f|≤8，33≤|f3/f|≤43，50≤|f45/f|≤105，5≤|f67/f|≤15，4≤|f89/f|≤10，2≤|f10/f|≤5；其中，f1～f10分别表示每个透镜的焦距，f45表示第四透镜和第五透镜的组合焦距，f67表示第六透镜和第七透镜的组合焦距，f89表示第八透镜和第九透镜的组合焦距。

其中，所述镜头的F数≤2。