CN103558678A

CN103558678A - 高清广角镜头

Info

Publication number: CN103558678A
Application number: CN201310542159.1A
Authority: CN
Inventors: 张少军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2014-02-05

Abstract

一种高清广角镜头，属于光学镜头领域。本发明的目的是采用较少的镜片，并根据各镜片的排列，达到了视场角较大的300万像素高清广角镜头。本发明是由负光焦度的前组、正光焦度的后组和滤光片组成；其中前组由自物方至像方依次排列的第一负透镜和第二负透镜组成，后组由自物方至像方依次排列的第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜和第三负透镜，滤光片位于所述第三负透镜之后。本发明降低了生产成本。其结构简单，降低了它的生产难度，制造便宜，光学全长小于17.15mm，可作为车载广角镜头、监控镜头等使用。

Description

高清广角镜头

技术领域

本发明属于光学镜头领域。

背景技术

现代影像装置已经被广泛应用在各个领域中，当影像装置应用与某些特定领域中时，会需要广角镜头以增加视场。广角镜头是一些大视场项目的重要组件，如监控装置、车载广角成像系统。同时，成像探测器技术的发展，大大提高了探测器的分辨率和像素数量。如今130万像素（720P）、200万像素（1080P）、300万像素等高像素的摄像机是主流。镜头的成像质量、视场的大小及镜头的畸变决定广角镜头的优劣，因而镜头的性能及视场成为设计广角镜头的重要考虑因素。为了保证300万像素这样高分辨率的摄像机的成像品质、小畸变和高亮度，同时达到足够的视场角，数码成像系统往往需要增加透镜的数量，或采用非球面透镜的方法来校正像差，以此提高成像质量；但这种产品长度远远达不到轻薄短小的要求，且单个镜头的生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是采用较少的镜片，并根据各镜片的排列，达到了视场角较大的300万像素高清广角镜头。

本发明是由负光焦度的前组、正光焦度的后组和滤光片组成；其中前组由自物方至像方依次排列的第一负透镜和第二负透镜组成，后组由自物方至像方依次排列的第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜和第三负透镜，滤光片位于所述第三负透镜之后。

本发明的第三正透镜和第三负透镜组合为胶合透镜，第三正透镜靠近物方，第三负透镜靠近像方。

本发明在第一正透镜和第二正透镜之间有固定光阑。

本发明第一负透镜具有凸向物方的第一表面和上下端为平面且中央位置凹向像方的第二表面，位于镜头的始端；第二负透镜具有凸向物方的第三表面和上下端为平面且中央位置凹向像方的第四表面；第一正透镜为双凸透镜，具有凸向物方的第五表面和凸向像方的第六表面；第二正透镜为双凸透镜，具有凸向物方的第七表面和凸向像方的第八表面；第三正透镜为双凸透镜，具有凸向物方的第九表面和凸向像方的第十表面；第三负透镜具有凹向像方的第十一表面和凸向像方的第十二表面；第十表面和第十一表面为第三正透镜和第三负透镜的胶合面。

本发明所有表面均为球面。

本发明第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜、第三负透镜均为玻璃材质。

本发明的第一负透镜的折射率在n₁范围为1.65< n₁<1.85，色散v₁范围为45< v₁<65；第二负透镜的折射率在n₂范围为1.65< n₂<1.85，色散v₂范围为45< v₂<65；第一正透镜的折射率在n₃范围为1.75< n₃<1.95，色散v₃范围为20< v₃<40；第二正透镜的折射率在n₄范围为1.47< n₄<1.65，色散v₄范围为45< v₄<75；第三正透镜的折射率在n₅范围为1.55< n₅<1.85，色散v₅范围为45< v₅<65；第三负透镜的折射率在n₆范围为1.75< n₆<1.95，色散v₆范围为20< v₆<40。

本发明的滤光片至少一个表面镀覆有红外截止滤膜。

本发明的第一负透镜的折射率为1.804，色散为46.57；第二负透镜的折射率为1.804，色散为46.57；第一正透镜的折射率为1.923，色散为20.88；第二正透镜的折射率为1.487，色散为70.13；第三正透镜的折射率为1.569，色散为56.06；第三负透镜的折射率为1.923，色散为20.88。

本发明解决了现有广角镜头要满足较大视场、较小畸变、高清成像的要求时，需要较多的镜片，较大的体积，从而带来成本较高的问题。本发明提供的300万像素高清广角镜头采用较少的镜片，并根据各镜片的排列，达到了视场角较大的300万像素高清广角镜头，降低了其生产成本。其结构简单，降低了它的生产难度，制造便宜。该300万像素高清广角镜头，其光学全长小于17.15mm，其高清全景摄像机模块高度可以做到非常短小，使其可作为车载广角镜头、监控镜头等使用，较好的满足了摄像头的小巧化；其全视场角达到200度，可满足较宽的取景范围。镜头的畸变得到了很好控制的同时，整个镜头的可以满足200万像素（1080P）的分辨率。

附图说明

图1是本发明300万像素高清广角镜头实施例的结构示意图；

图2是本发明300万像素高清广角镜头实施例的MTF（光学传递函数）图；

图3是本发明300万像素高清广角镜头实施例的F-Theta畸变畸变图；

图4是本发明300万像素高清广角镜头实施例的场曲图。

具体实施方式

本发明是由负光焦度的前组、正光焦度的后组和滤光片7组成；其中前组由自物方至像方依次排列的第一负透镜1和第二负透镜2组成，后组由自物方至像方依次排列的第一正透镜3、第二正透镜4、第三正透镜5和第三负透镜6，滤光片7位于所述第三负透镜6之后。

本发明的第三正透镜5和第三负透镜6组合为胶合透镜，第三正透镜靠近物方，第三负透镜靠近像方。

本发明在第一正透镜3和第二正透镜4之间有固定光阑8。

本发明第一负透镜1具有凸向物方的第一表面和上下端为平面且中央位置凹向像方的第二表面，位于镜头的始端；第二负透镜2具有凸向物方的第三表面和上下端为平面且中央位置凹向像方的第四表面；第一正透镜3为双凸透镜，具有凸向物方的第五表面和凸向像方的第六表面；第二正透镜4为双凸透镜，具有凸向物方的第七表面和凸向像方的第八表面；第三正透镜5为双凸透镜，具有凸向物方的第九表面和凸向像方的第十表面；第三负透镜6具有凹向像方的第十一表面和凸向像方的第十二表面；第十表面和第十一表面为第三正透镜和第三负透镜的胶合面。

本发明所有表面均为球面。

本发明第一负透镜1、第二负透镜2、第一正透镜3、第二正透镜4、第三正透镜5、第三负透镜6均为玻璃材质。

本发明的第一负透镜1的折射率在n₁范围为1.65< n₁<1.85，色散v₁范围为45< v₁<65；第二负透镜2的折射率在n₂范围为1.65< n₂<1.85，色散v₂范围为45< v₂<65；第一正透镜3的折射率在n₃范围为1.75< n₃<1.95，色散v₃范围为20< v₃<40；第二正透镜4的折射率在n₄范围为1.47< n₄<1.65，色散v₄范围为45< v₄<75；第三正透镜5的折射率在n₅范围为1.55< n₅<1.85，色散v₅范围为45< v₅<65；第三负透镜6的折射率在n₆范围为1.75< n₆<1.95，色散v₆范围为20< v₆<40。

本发明的滤光片7至少一个表面镀覆有红外截止滤膜。

本发明的第一负透镜1的折射率为1.804，色散为46.57；第二负透镜2的折射率为1.804，色散为46.57；第一正透镜3的折射率为1.923，色散为20.88；第二正透镜4的折射率为1.487，色散为70.13；第三正透镜5的折射率为1.569，色散为56.06；第三负透镜6的折射率为1.923，色散为20.88。

以下结合附图对本发明进一步详细说明：

图1示出了本发明提供的300万像素高清广角镜头的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

该300万像素高清广角镜头，其包括具有负光焦度的前组、具有正光焦度的后组和滤光片，前组由自物方至像方依次排列的第一负透镜1和第二负透镜2组成，后组包括自物方至像方依次排列的第一正透镜3、第二正透镜4、第三正透镜5和第三负透镜6，所述滤光片7位于所述第三正透镜6之后。

其中第三正透镜5和第三负透镜6组成胶合透镜，

该300万像素高清广角镜头还包括固定光阑8，其中固定光阑8位于所述第一正透镜3和第二正透镜4之间。

其中第一负透镜1具有凸向物方的第一表面和上下端为平面且中央位置凹向像方的第二表面，位于镜头的始端，所述第二负透镜2具有凸向物方的第三表面和上下端为平面且中央位置凹向像方的第四表面，所述第一正透镜3为双凸透镜，具有凸向物方的第五表面和凸向像方的第六表面，第二正透镜4为双凸透镜，具有凸向物方的第七表面和凸向像方的第八表面，所述第三正透镜5为双凸透镜，具有凸向物方的第九表面和凸向像方的第十表面，所述第三负透镜6具有凹向像方的第十一表面和凸向像方的第十二表面，第十表面和第十一表面为所述第三正透镜和第三负透镜的胶合面。

其中所述的所有表面均为球面。

其中所述第一负透镜1、第二负透镜2、第一正透镜3、第二正透镜4、第三正透镜5、第三负透镜6均为玻璃材质。

其中第一负透镜1的折射率在n₁范围为1.65< n₁<1.85，色散v₁范围为45< v₁<65，本优选实施例中，采用H-ZLAF50B型号的玻璃材质，其折射率为1.804，色散为46.57。

第二负透镜2的折射率在n₂范围为1.65< n₁<1.85，色散v₂范围为45< v₂<65，本优选实施例中，采用H-ZLAF50B型号的玻璃材质，其折射率为1.804，色散为46.57。

第一正透镜3的折射率在n₃范围为1.75< n₃<1.95，色散v₃范围为20< v₃<40，本优选实施例中，采用H-ZF62型号的玻璃材质，其折射率为1.923，色散为20.88。

第二正透镜4的折射率在n₄范围为1.47< n₄<1.65，色散v₄范围为45< v₄<75，本优选实施例中，采用H-QK3型号的玻璃材质，其折射率为1.487，色散为70.13。

第三正透镜5的折射率在n₅范围为1.55< n₅<1.85，色散v₅范围为45< v₅<65，本优选实施例中，采用H-BAK7型号的玻璃材质，其折射率为1.569，色散为56.06。

第三负透镜6的折射率在n₆范围为1.75< n₆<1.95，色散v₆范围为20< v₆<40，本优选实施例中，采用H-ZF62型号的玻璃材质，其折射率为1.923，色散为20.88。

本实施例中，滤光片7为BK7，折射率和色散分别为n=1.52，v=64.17。此外，滤光片7至少一表面镀覆一层公知的红外截止滤光膜（IR-Cut Coating），以滤除来自被摄物体反射光线中的红外光线，从而提高成像质量。

其完全采用球面设计，从而可以通过优化球面系数，来校正各种像差，减小畸变；通过玻璃材料的选择来减小色差；同时采用玻璃镜片设计可以提高亮度，增强透过率，同时获得良好的成像质量；同时因为设计中透镜全部采用玻璃材质，使其可耐高温，耐潮湿，性能稳定，适合工业使用。该种300万像素高清广角镜头成像整体像高较高，视场角更大，畸变更小。采用该种结构的300万像素高清广角镜头可以有效缩短镜头的总长、减小镜头体积；第一负透镜凸向物方，可以有效减小场曲和像散。同时使球差降低，第一正透镜凸向物方，可减小主光线出射角，修正系统的轴外像差，使得边缘视场更好地聚焦。第三负透镜靠近像面，可以校正场曲，同时增大镜头的后工作距离，方便镜头的安装。故采用该结构的光学镜头组件可以对各像差进行良好的校正，使其得到较好的光学性能。

本发明实施例的镜面参数如下：

上表中的厚度（间隔）指的是此面到下一个面的距离，如上表中第一表面行中厚度为0.7，即指的是第一负透镜中前一面与后一面的距离，即第一负透镜的厚度。而第二表面行中厚度1.6，指的是此面到下一面（即到第二负透镜的第一面）的距离，此时就是指的是镜片间的间隔。

本发明的镜头有效焦距为f=1.2mm，F/#=2.3，其光学全长小于17.1mm，其全视场达到200度。其模块高度可以做到非常短小，使其可较小的作为车载广角镜头、监控镜头使用。

图2是300万像素高清广角镜头的调整传递函数（Modulation Transfer Function）曲线，图中横轴表示空间频率，单位：线对每毫米（lp/mm）；纵轴表面调制传递函数（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到1.0，MTF曲线越高越直表示镜头成像质量越好，对真实图像的还原能力越强。从图2可以看出，各视场子午方向（T）和弧矢方向（S）方向的MTF曲线很靠近，其表明：该镜头组件在各个视场，子午方向（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，能保证镜头组件在整个成像面上都能清晰成像，而不会出现中间清晰、边缘模糊的情况。

图3是本实施例的300万像素高清广角镜头的F-Theta畸变示意图，其中横轴为百分比，纵轴为视场。畸变是实际镜头对物体成像时的一种歪曲，它会使直线成像为曲线，在实际成像中是不可避免的。本实施例300万像素高清广角镜头200度视场的F-Theta畸变绝对值小于11.8%，其满足小畸变的要求。

图４是本发明实施例300万像素高清广角镜头的场曲图，从图４中可以看出，该300万像素高清广角镜头的场曲小于0.072mm。能够配合市场上主流的互补金属氧化物半导体（CMOS）/电荷耦合器件（Charge Coupled Device，简称CCD）影像传感器接收的要求。

Claims

1.一种高清广角镜头，其特征在于：是由负光焦度的前组、正光焦度的后组和滤光片组成；其中前组由自物方至像方依次排列的第一负透镜和第二负透镜组成，后组由自物方至像方依次排列的第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜和第三负透镜，滤光片位于所述第三负透镜之后。

2.根据权利要求1所述的高清广角镜头，其特征在于：第三正透镜和第三负透镜组合为胶合透镜，第三正透镜靠近物方，第三负透镜靠近像方。

3.根据权利要求1所述的高清广角镜头，其特征在于：在第一正透镜和第二正透镜之间有固定光阑。

4.根据权利要求1所述的高清广角镜头，其特征在于：第一负透镜具有凸向物方的第一表面和上下端为平面且中央位置凹向像方的第二表面，位于镜头的始端；第二负透镜具有凸向物方的第三表面和上下端为平面且中央位置凹向像方的第四表面；第一正透镜为双凸透镜，具有凸向物方的第五表面和凸向像方的第六表面；第二正透镜为双凸透镜，具有凸向物方的第七表面和凸向像方的第八表面；第三正透镜为双凸透镜，具有凸向物方的第九表面和凸向像方的第十表面；第三负透镜具有凹向像方的第十一表面和凸向像方的第十二表面；第十表面和第十一表面为第三正透镜和第三负透镜的胶合面。

5.根据权利要求4所述的高清广角镜头，其特征在于：所有表面均为球面。

6.根据权利要求1所述的高清广角镜头，其特征在于：第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜、第三负透镜均为玻璃材质。

7.根据权利要求1所述的镜头组件，其特征在于：第一负透镜的折射率在n₁范围为1.65< n₁<1.85，色散v₁范围为45< v₁<65；第二负透镜的折射率在n₂范围为1.65< n₂<1.85，色散v₂范围为45< v₂<65；第一正透镜的折射率在n₃范围为1.75< n₃<1.95，色散v₃范围为20< v₃<40；第二正透镜的折射率在n₄范围为1.47< n₄<1.65，色散v₄范围为45< v₄<75；第三正透镜的折射率在n₅范围为1.55< n₅<1.85，色散v₅范围为45< v₅<65；第三负透镜的折射率在n₆范围为1.75< n₆<1.95，色散v₆范围为20< v₆<40。

8.根据权利要求1所述的高清广角镜头，其特征在于：滤光片的至少一个表面镀覆有红外截止滤膜。

9.根据权利要求1所述的高清广角镜头，其特征在于：第一负透镜的折射率为1.804，色散为46.57；第二负透镜的折射率为1.804，色散为46.57；第一正透镜的折射率为1.923，色散为20.88；第二正透镜的折射率为1.487，色散为70.13；第三正透镜的折射率为1.569，色散为56.06；第三负透镜的折射率为1.923，色散为20.88。