CN102313967B - 一种超广角镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超广角镜头。该超广角镜头，包括透镜组和固定光阑，所述透镜组从物方到像方依次包括同轴的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述固定光阑位于第二透镜与第三透镜之间；所述第一透镜为凸面向着物方、材质为玻璃、负的球面弯月形透镜，所述第二透镜为凸面向着物方、材质为塑料、负的非球面弯月形透镜，所述第三透镜是材质为塑料的非球面透镜。本发明提供的超广角镜头，采用球面与非球面搭配设计，获得良好的成像质量。同时，该广角镜头采用一片球面玻璃镜片，两片非球面塑料镜片，结构简单，短小，降低了生产成本。

Description

一种超广角镜头

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，尤其涉及一种超广角镜头。

背景技术

现代影像装置已被广泛应用在各领域中。当影像装置应用于某些特定领域(例如监控装置、汽车倒车后视装置等)中时，会需要一些大视场的镜头以增加视场达到特定的要求。目前，超广角镜头是成像镜头中的一个很重要的组成部分，具有很重要的地位。镜头的成像性能及视场的大小决定超广角镜头的优劣，因而，传统的超广角镜头的镜片数量往往较多，全为玻璃材质，因此材质昂贵，成本高，同时这些镜头的重量很重，其不利于加工。因此，传统的超广角镜头已经不能满足现在对其的成像性能好、成本低廉的要求。

发明内容

本发明为解决现有技术中的超广角镜头重量较重、成本较高的技术问题，提供一种超广角镜头。

本发明提供的具体的技术方案为：一种超广角镜头，包括透镜组和固定光阑，所述透镜组从物方到像方依次包括同轴的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述固定光阑位于第二透镜与第三透镜之间；所述第一透镜为凸面向着物方、材质为玻璃、负的球面弯月形透镜，所述第二透镜为凸面向着物方、材质为塑料、负的非球面弯月形透镜，所述第三透镜是材质为塑料的非球面透镜。

本发明超广角镜头的有益效果：本发明提供的超广角镜头，采用球面与非球面搭配设计，获得良好的成像质量。同时，该广角镜头采用一片球面玻璃镜片，两片非球面塑料镜片，结构简单，短小，降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明广角镜头较佳实施方式的结构示意图；

图2是实施例一广角镜头较佳实施方式的MTF图；

图3是实施例一广角镜头较佳实施方式的光学畸变图；

图4是实施例一广角镜头较佳实施方式的照度图；

图5是实施例二广角镜头较佳实施方式的MTF图；

图6是实施例二广角镜头较佳实施方式的光学畸变图；

图7是实施例二广角镜头较佳实施方式的照度图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

图1是本发明广角镜头较佳实施方式的结构示意图。

请参阅图1，本发明实施例一提供的超广角镜头，包括透镜组100、固定光阑S及玻璃滤光片300，该透镜组100从物方到像方依次包含同轴的第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3，所述固定光阑S位于该第二透镜L2与第三透镜L3之间，该玻璃滤光片300位于第三透镜L3与成像面之间。该固定光阑S与玻璃滤光片300与透镜组100形成一个同轴光学系统(即超广角镜头)。该玻璃滤光片300的作用面中至少一面镀有红外滤光膜。该作用面定义为玻璃滤光片300用于通光的面。该红外滤光膜(也称为红外截止滤光膜(IR-cut Coating))用以滤除来自于被摄物反射光线中的红外光线，从而可以提高该超广角镜头的成像质量。

从物方开始，第一透镜L1和第二透镜L2均为负的弯月形透镜且该第一透镜L1和第二透镜L2的前表面(11、21)均为凸向物方，后表面(12、22)也均为凸向物方(即该表面为凹面)，位于镜头的始端；第三透镜L3为正透镜，其前表面31凸向物方，后表面32凸向像方。该第一透镜1采用玻璃材质、球面设计；该第二透镜2、第三透镜3采用塑料材质、非球面设计。本实施例的超广角镜头的第二透镜L2设计要点在于其前表面21和后表面22凸向物方的凸点只有一个，并不具有多个凸点(即同一表面即凸向像方又凸向物方)，也就是说本实施例的第二透镜L2的两个表面面型比较简单，在保证成像质量的情况降低了成本。本实施例中透镜前表面的定义为透镜物方侧表面，后表面定义为透镜像方侧表面。

本实施例提供的超广角镜头优选满足以下条件：

D/H＜2.1；

且D/L＜1；

且1.7＜BF/F＜2；

其中D为第一透镜的口径大小，H为像面大小，L为透镜系统的总长，BF为第三透镜像侧面(后表面32)的顶点到成像面的距离，F为透镜系统的焦距。

该超广角镜头的光学系统总长比较小，第一透镜1前表面11的口径小、而成出的像比较大，满足目前车载镜头的对超广角透镜的需求(口径小、总长小且像高大等)；

本实施例的超广角镜头的像空间工作数F/#(即近轴有效焦距比上近轴入瞳的直径)比较小，因此，其通光量大，相同条件下，其光照度高。进一步优选像空间工作数F/#在2.0～2.4之间，提高成像质量。

进一步，优选：

该第一透镜1采用高折射率，高色散值的玻璃材质。折射率和色散范围分别取n1＞1.70、v1＞40，本优选实施例中，采用N-LAF35型号的玻璃材质，其折射率和色散分别为n₁＝1.7433，v₁＝49.399。

该第二透镜2采用低折射率，高色散值的塑料材质。折射率和色散范围可在n₂＜1.55，v₂＞50，本优选实施例中，采用LX3000型号的塑料材质，其折射率和色散分别为n₂＝1.531885，v₂＝55.982257。

第三透镜3采用低折射率，高色散值的塑料材质。折射率和色散范围可在n₂＜1.55，v₂＞50，本优选实施例中，采用LX3000型号的塑料材质，其折射率和色散分别为n₂＝1.531885，v₂＝55.982257。

该平板玻璃300的材质为BK7玻璃，其折射率和色散分别为n＝1.5168，v＝64.17。

本实施例的超广角镜头，其完全采用球面与非球面搭配设计，从而可以通过优化球面系数，来修正各种相差，同时获得良好的成像质量。同时该广角镜头采用一片球面玻璃镜片，两片非球面塑料镜片，结构简单，短小，降低了生产难度，制造便宜。

本实施例的超广角透镜较优的参数如表1和表2所示，第一表面到第八表面为该超广角镜头从物方到像方依次的透镜或平板玻璃的作用面。

表1

注：表1中厚度d为此面距离下个面的距离。

表2

其中，非球面的面形如下公式：

$Z=\frac{r^{2}c}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+A2r^2+A4r^4+A6r^6+A8r^8+A10r^{10}+A12r^{12}+A14r^{14}+A16r^{16}$

其中：Z为沿光轴方向在高度为r的位置以各非球面顶点作参考距光轴的位移值，k为二次曲面系数，c为镜面中心曲率，c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，r为镜面中心高度；A2、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16为非球面系数。

通过具体参数和光学理论计算得到：本发明的镜头有效焦距为F＝1.13mm，F/#＝2.4，其光学总长小于10mm，D/H＝2，D/L＝0.96，BF/F＝2.83，其全视场达到160度。

图2是本发明超广角镜头实例一实施方式的MTF(Modulation TransferFunction，简称MTF)图，图中横轴表示空间频率，单位：线对每毫米(lp/mm)；纵轴表示调制传递函数(MTF)的数值，所述MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强，当然MTF曲线重叠度越高越好。

从图2中可以看出：0-0.75像场午方向(T)和弧矢方向(S)这两个方向的成像性能具有良好的一致性，整体在低频段体现了较好的对比度，而不会出现模糊的情况。

图3是本发明实施例一广角镜头较佳实施方式的光学畸变图；从图3中可以得知，在全视场(FOV160°)时，maxTV-dist(最大畸变量)为-50.7％，畸变值较小，可以在相同像高的情况下，光学结构能够做的很小，作为超广角镜头参数较为优异。

图4是实施例一广角镜头较佳实施方式的照度图；从图4中可以得知，在全视场(FOV160°)时，照度值将近50％，在结构如此短小而且具有两片塑胶镜片的情况下，边缘能够达到此照度，作为超广角镜头参数较为优异，画面会比较清晰明亮。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上提出的，与实施例一的区别点在于：

第一透镜的采用高折射率，高色散值的玻璃材质。折射率和色散范围可在1.70＜n₁，v1＞40，本优选实施例中，采用LAF3型号的玻璃材质，其折射率和色散分别为n₁＝1.716998，v₁＝47.961124。

第二透镜采用低折射率，高色散值的塑料材质。折射率和色散范围可在n₂＜1.55，v₂＞50，本优选实施例中，采用E48R型号的塑料材质，其折射率和色散分别为n₂＝1.53116，v₂＝56.043828。

第三透镜采用低折射率，高色散值的塑料材质。折射率和色散范围可在n₂＜1.55，v₂＞50，本优选实施例中，采用E48R型号的塑料材质，其折射率和色散分别为n₂＝1.53116，v₂＝56.043828。

本实施例的超广角透镜较优的参数如表3、4所示，第一表面到第八表面为该超广角镜头从物方到像方依次的透镜或平板玻璃的作用面。

表3

注：表3中厚度d为此面距离下个面的距离。

表4

其中，非球面的面形如下公式：

$Z=\frac{r^{2}c}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+A2r^2+A4r^4+A6r^6+A8r^8+A10r^{10}+A12r^{12}+A14r^{14}+A16r^{16}$

其中：Z为沿光轴方向在高度为r的位置以各非球面顶点作参考距光轴的位移值，k为二次曲面系数，c为镜面中心曲率，c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，r为镜面中心高度；A2、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16为非球面系数。

本发明的镜头有效焦距为f＝1.16mm，F/#＝2.4，其光学全长小于10mm，D/H＝2.06，D/L＝0.98，BF/F＝2.77，其全视场达到160度。

图5是本发明超广角镜头实例二实施方式的MTF(Modulation TransferFunction，简称MTF)图，图中横轴表示空间频率，单位：线对每毫米(lp/mm)；纵轴表示调制传递函数(MTF)的数值，所述MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强，当然MTF曲线重叠度越高越好。

从图5中可以看出：整个像场午方向(T)和弧矢方向(S)这两个方向的成像性能具有良好的一致性，整体都比较密集，体现了较好的对比度，图像不会出现模糊的情况，表现性较好。

图6是本发明实施例一广角镜头较佳实施方式的光学畸变图；从图6中可以知道，在全视场(FOV160°)时，maxTV-dist(最大畸变量)为-67.2％，畸变值相对较小，图像显示上不会有较大的弯曲，具有较好的表现性。

图7是实施例一广角镜头较佳实施方式的照度图。从图7中可以得知，在全视场(FOV160°)时，照度值将近50％，在结构如此短小而且具有两片塑胶镜片的情况下，边缘能够达到此照度，作为超广角镜头参数较为优异，画面会比较清晰明亮。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超广角镜头，其特征在于，包括透镜组和固定光阑，所述透镜组从物方到像方依次包括同轴的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述固定光阑位于第二透镜与第三透镜之间；所述第一透镜为凸面向着物方、材质为玻璃、负的球面弯月形透镜，所述第二透镜为凸面向着物方、材质为塑料、负的非球面弯月形透镜，所述第三透镜是材质为塑料的非球面透镜；其中

所述超广角镜头满足以下条件式：

D/H＜2.1且D/L＜1且1.7＜BF/F＜2，其中D为第一透镜的口径大小，H为像面大小，L为镜头光学总长，BF为第三透镜像方侧表面的顶点到成像面的距离，F为镜头焦距。

2.如权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述第三透镜的物方侧表面凸向物方，像方侧表面凸向像方。

3.如权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述第一透镜折射率n1>1.70、色散v1>40，第二透镜的折射率n2<1.55、色散v2>50，第三透镜的折射率n3<1.55、色散v3>50。

4.如权利要求3所述的超广角镜头，其特征在于，所述第一透镜折射率和色散分别为n1=1.7433、v1=49.399，所述第二透镜折射率和色散分别为n2=1.531885、v2=55.98225，所述第三透镜的折射率和色散分别为n3=1.531885、v3=55.982257。

5.如权利要求3所述的超广角镜头，其特征在于，所述第一透镜折射率和色散分别为n1=1.716998、v1=47.961124，所述第二透镜折射率和色散分别为n2=1.53116、v2=56.043828，所述第三透镜的折射率和色散分别为n3=1.53116、v3=56.043828。

6.如权利要求1-5任一项所述的超广角镜头，其特征在于，非球面的面形公式为：

$Z=\frac{r^{2}c}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+A2r^2+A4r^4+A6r^6+A8r^8+A10r^{10}+A12r^{12}+A14r^{14}+A16r^{16}$

其中：Z为以各非球面与光轴交点为起点、为光轴方向的轴向值；k为二次曲面系数；c为镜面中心曲率，c＝1/R,其中R为镜面中心曲率半径；r为镜面中心高度；A2、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16为非球面系数。

7.如权利要求1-5任一项所述的超广角镜头，其特征在于，还包括平板玻璃，所述平板玻璃位于所述第三透镜的后面。

8.如权利要求要求7所述的超广角镜头，其特征在于，所述平板玻璃的作用面至少一面有红外滤光膜。

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