CN103869448B

CN103869448B - 一种成像镜头

Info

Publication number: CN103869448B
Application number: CN201210535382.9A
Authority: CN
Inventors: 孟庆涛
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: CN103869448A

Abstract

本发明提供了一种成像镜头，包括同轴且自物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜为具有负屈折力且凸面朝向物方的凸凹非球面透镜，所述第二透镜为具有正屈折力的双凸非球面透镜，所述第三透镜为具有正屈折力且朝向像方一面为凸面的非球面透镜；且所述镜头还满足0.4<|f/f₁|<0.9，其中所述镜头的焦距为f，第一透镜的焦距为f₁。本发明提供的成像镜头采用三片镜片的设计，结构简单紧凑，可有效缩减镜头体积，满足目前市场小型轻便化的要求，同时具有较大的视场角和良好的成像质量。

Description

一种成像镜头

技术领域

本发明涉及一种光学器件，尤其涉及一种超广角的成像镜头。

背景技术

在监控装置，特殊摄影装置、车载泊车装置中，广角镜头是极其重要的组件。目前市场上的超广角镜头，镜头中镜片数量均多于三片且存有玻璃材质的镜片，无法满足小型轻便化的要求并且价格昂贵，同时镜头中一些玻璃镜片加工难度大，生产良率低，进一步提升了镜头的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有问题之一，提供一种具有大视场角、较好的光学性能，结构简单的成像镜头。

本发明提供一种成像镜头，其特征在于，包括同轴且自物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜为具有负屈折力且凸面朝向物方的凸凹透镜，所述第二透镜为具有正屈折力的双凸透镜，所述第三透镜为具有正屈折力且平面朝向物方的平凸透镜；

且所述成像镜头还满足0.4<|f/f₁|<0.9，其中所述成像镜头的焦距为f，第一透镜的焦距为f₁。

与现有技术相比，本发明提供的成像镜头采用三片镜片的设计，结构简单紧凑，可有效缩减镜头体积，满足目前市场小型轻便化的要求，同时具有较大的视场角和良好的成像质量。

附图说明

图1是本发明实施例一成像镜头的结构示意图；

图2是本发明实施例一成像镜头的MTF（光学传递函数）图；

图3是本发明实施例一成像镜头的场曲和畸变示意图；

图4是本发明实施例二成像镜头的结构示意图；

图5是本发明实施例二成像镜头的MTF（光学传递函数）图；

图6是本发明实施例二成像镜头的场曲和畸变示意图。

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。

如图1、图4所示，本发明提供一种成像镜头，包括同轴且自物方至像方依次排列的第一透镜101、第二透镜102和第三透镜103，所述第一透镜101为具有负屈折力且凸面朝向物方的凸凹非球面透镜，所述第二透镜102为具有正屈折力的双凸非球面透镜，所述第三透镜103为具有正屈折力且朝向像方一面为凸面的非球面透镜；

且所述成像镜头还满足0.4<|f/f₁|<0.9，其中所述成像镜头的焦距为f，第一透镜101的焦距为f₁。

本发明中，第一透镜101为具有负屈折力的非球面镜片，包括朝向物方的第一表面和朝向像方的第二表面，所述第一表面为凸面，第二表面为凹面。第一透镜101可提供镜片组所需的屈折力，使得外界大角度的光线经此透镜后角度迅速减小，可减少后续使用镜片的数量。优选的，第一表面上至少具有一个反曲点，可使照射到第一表面边缘的光线角度迅速减小。

所述第二透镜102为具有正屈折力的非球面镜片，包括朝向物方的第三表面和朝向像方的第四表面，所述第三表面和第四表面均为凸面。第二透镜有效分配第一透镜的负屈折力，补正整体镜片组的像散并降低敏感度，保证镜片组的成像质量。

所述第三透镜103为具有正屈折力的非球面镜片，包括朝向物方的第五表面和朝向像方的第六表面，所述第五表面为凸起或凹陷的非球面，第六表面为凸面。第三透镜可以有效的压制离轴视场的光线入射于成像面400上的角度，从而使入射光线与成像芯片良好匹配，提高成像质量。

本发明的成像镜头还满足0.4<|f/f₁|<0.9，其中所述成像镜头的焦距为f，第一透镜101的焦距为f₁，其作用在于控制整个镜头的体积，同时避免高阶球差。

本发明提供的成像镜头采用三片镜片的设计，结构简单紧凑，可有效缩减镜头体积，满足目前市场小型轻便化的要求，具有较大的视场角，其全视场角度大于140°，同时还具有良好的成像质量。

进一步，所述成像镜头满足以下条件：TTL/ImgH<4，其中第一透镜的朝向物方的表面（第一表面）至成像面光轴上的距离为TTL，所述镜头的成像面400对角线长的一半为ImgH。在本发明实施例中，成像面400即是成像芯片的感光面，一般为矩形，所述成像面400对角线长即是芯片感光面的对角线长。当TTL/ImgH满足上述关系时，有助于缩小镜头的整体体积。

进一步，所述第一透镜101满足以下条件：5<R₁₁/R₁₂<20，1.1<（R₁₁+R₁₂）/（R₁₁-R₁₂）<1.35；其中第一透镜101朝向物方表面（第一表面）的曲率半径为R₁₁，朝向像方表面（第二表面）的曲率半径为R₁₂。

当R₁₁与R₁₂满足上述关系式时，第一透镜101的面型可以很好的控制光线在第一透镜101内的折射路径，使得大角度的光线通过第一透镜101后角度变小，使得整体镜片组结构最简单，同时确保镜片组具有足够大的视场角，并进一步修正离轴视场的像差。

进一步，所述第一透镜101满足以下条件：0.15<R₁₂/D₁₂，其中第一透镜101朝向像方表面（第二表面）的曲率半径为R₁₂，第一透镜101朝向像方表面（第二表面）的口径为D₁₂，所述的口径为本领域技术人员所理解的透镜光学面有效径的直径。

如此使得第一透镜101更容易加工制作，当R₁₂/D₁₂过小时，第一透镜101的第二表面较第一表面凸出，造成模具的加工成本上升，其次注塑工艺也变得困难，塑胶料很难填充模具，使得注塑出的镜片无法满足设计要求，再次注塑出的产品面型无法检测，进一步增加了镜片面型的不确定性。

更进一步，所述第三透镜103满足以下条件：0.3<|R₃₂/D₃₂|<0.7，其中第三透镜103朝向像方表面（第六表面）的曲率半径为R₃₂，第三透镜103朝向像方表面（第六表面）口径为D₃₂。

如此可使第三透镜103更容易加工，同时可以有效的压制离轴视场的光线入射于成像面上的角度，并进一步修正离轴视场的像差。

进一步，所述成像镜头满足以下条件：25<v₁-v₂<45，其中第一透镜101的色散系数为v₁,第二透镜102的色散系数为v₂。如此可以很好的修正镜片组所产生的色差。

所述成像镜头还包括光阑200，所述光阑200位于第二透镜102与第三透镜103之间，用于控制通过镜片的光通量。

所述成像镜头还设有滤光片300，所述滤光片位于第三透镜103与成像面400之间。滤光片300是具有滤光作用平板玻璃，平板玻璃至少一透光表面镀覆红外截止滤光膜，以滤除来自于被摄物反射光线中的红外光线，提高该镜头的成像质量。

本发明提供的成像镜头，第一透镜101、第二透镜102和第三透镜103均为塑胶镜片，采用塑胶镜片可大幅降低成本，减轻镜头重量。

本发明实施例中，所述第一透镜101、第二透镜102和第三透镜103的表面均为非球面并满足以下的非球面公式：

z = \frac{{cr}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) c^{2} r^{2}}} + a_{2} r^{2} + a_{4} r^{4} + a_{6} r^{6} + a_{8} r^{8} + a_{10} r^{10} + a_{12} r^{12} + a_{14} r^{14} . . . . . .

其中：z为以各非球面与光轴的交点为起点、垂直光轴方向的轴向值，k为二次曲面系数；c为透镜表面的中心曲率；r为透镜表面的中心高度，a₂，a₄，a₆，a₈，a₁₀，a₁₂，a₁₄……为非球面系数。

下面再通过两个实施例，提供两份参数，以使技术人员能更加清楚地知晓本发明的优点。

实施例一

本实施例提出了成像镜头的相关参数，具体如下：

表1镜面参数

类型	曲率半径（R）	二次曲面系数(k)	厚度（dmm）
				第一表面	14.613603	1.459338	1.2
第二表面	1.023175	-0.95436	1.52
				第三表面	2.748772	0.72859	2.31
第四表面	-5.474828	-64.319964	0.43
				光阑	\	0	0.2
第五表面	69.943739	0	1.64
				第六表面	-1.378584	-1.472776	0.2
滤光片	\	0	0.85

表2非球面系数参数

类型

第一表面

第二表面

第三表面

第四表面

第五表面

第六表面

a2

0

a4

-2.937939E-3

0.020256

6.311626E-4

6.786837E-3

-0.056107

-0.015419

a6

8.417636E-5

-4.244757E-3

1.261514E-3

2.345243E-3

0.041622

0.014592

a8

-1.217844E-6

2.533018E-3

2.314843E-4

-2.525233E-3

0.548433

-0.010341

a10

-3.057352E-8

-2.587212E-4

-2.901141E-5

-3.923233E-4

-0.893505

7.802225E-3

a12

5.297287E-9

-8.975919E-5

-7.324088E-6

1.200018E-4

-0.54824

-1.555817E-3

a14

-1.528539E-10

2.312015E-5

-4.765077E-6

1.18075E-4

1.632876

7.462528E-4

表1中的厚度为该面到下一个面的距离，如表1中，第一表面的厚度为1.2，即指第一透镜11的中心厚度为1.2mm；第二表面的厚度为1.52，即指第二表面与第三表面的距离为1.52mm，依次类推。

在本实施例中，如图1所示，所述第三透镜13的第五表面为凸起的非球面，镜片组的上述参数如下：

f＝1.337mm，f₁=-2.136mm，|f/f₁|=0.626；

TTL/ImgH=3.93；

R₁₁/R₁₂=14.283，（R₁₁+R₁₂）/（R₁₁-R₁₂）=1.151；

R₁₂/D₁₂=0.256；

|R₃₂/D₃₂|=0.534；

v₁-v₂=26。

本发明实施例所提供的成像镜头，结构简单紧凑，镜头的体积较小，具有较大的视场角，全视场角度可达到150°，同时还具有良好的成像质量。

图2是本发明实施例一成像镜头的调制传递函数（Modulation TransferFunction，简称MTF）曲线图，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。

从图2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，具有良好的成像质量。

图3是本发明实施例一成像镜头的场曲和光学畸变图，场曲越小越直就越好，反应在成像上，成像面上成像质量都一致，不会出现某一点或某一处模糊现象；畸变越小越好，反应在成像上，一条直线不会出现弯曲现象；场曲和畸变在实际生产制作过程中不可能为零，只能越小越好。

从图3可以看出，在全视场时，场曲绝对值为0.2%以内，同时光学畸变最大畸变量为-50%左右，变值相对较小，且均为负值，具有较好的光学性能。

实施例二

本实施例提出了成像镜头的相关参数，具体如下：

表3镜片参数

类型	曲率半径（R）	二次曲面系数(k)	厚度（dmm)
				第一表面	13.050213	1.455594	1.05
第二表面	1.026822	-0.913927	1.51

第三表面	2.691879	0.614648	2.10
				第四表面	-5.954721	-128.118817	0.53
光阑	\	0	0.19
				第五表面	-13.068876	0	1.35
第六表面	-1.279495	-1.234433	0.05
				滤光片	\	0	0.85

表4非球面系数参数

类型

第一表面

第二表面

第三表面

第四表面

第五表面

第六表面

a₂

0

a₄

-2.922636E-3

0.02816

8.904078E-3

-1.025773E-3

-0.023701

-0.026325

a₆

8.415847E-5

-2.471438E-3

-8.719898E-4

3.138559E-3

-0.208351

6.069773E-3

a₈

-1.464514E-6

2.670123E-3

3.311927E-4

-1.528513E-3

0.614644

-0.012761

a₁₀

-4.271689E-8

-3.519728E-4

2.708957E-5

-2.251564E-4

-0.603890

9.234791E-3

a₁₂

5.348593E-9

-1.344007E-4

-1.357191E-5

2.829618E-5

-0.501632

-2.040099E-3

a₁₄

-1.292144E-10

1.425963E-5

-1.313674E-5

5.341272E-5

0.829677

-4.695295E-4

在本实施例中，如图4所示，所述第三透镜13的第五表面为凹陷的非球面，镜片组的上述参数如下：

f＝1.372mm，f₁=-2.16mm，|f/f₁|=0.635；

TTL/ImgH=3.76；

R₁₁/R₁₂=12.709，（R₁₁+R₁₂）/（R₁₁-R₁₂）=1.171；

R₁₂/D₁₂=0.252；

|R₃₂/D₃₂|=0.496；

v₁-v₂=26。

图5是本发明实施例二成像镜头的调制传递函数（Modulation TransferFunction，简称MTF）曲线图，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。

从图5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，具有良好的成像质量。

图6是本发明实施例二成像镜头的场曲和光学畸变图，场曲越小越直就越好，反应在成像上，成像面上成像质量都一致，不会出现某一点或某一处模糊现象；畸变越小越好，反应在成像上，一条直线不会出现弯曲现象；场曲和畸变在实际生产制作过程中不可能为零，只能越小越好。

从图6可以看出，在全视场时，场曲绝对值为0.2%以内，同时光学畸变最大畸变量为-50%左右，变值相对较小，且均为负值，具有较好的光学性能。

综上所述，本发明提供的成像镜头采用三片镜片的设计，结构简单紧凑，可有效缩减镜头体积，满足目前市场小型轻便化的要求，同时具有较大的视场角和良好的成像质量。

本发明提供的成像镜头均采用塑胶镜片，可大幅降低成本，减轻镜头重量。

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

1.一种成像镜头，其特征在于，包括同轴且自物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜为具有负屈折力且凸面朝向物方的凸凹非球面透镜，所述第二透镜为具有正屈折力的双凸非球面透镜，所述第三透镜为具有正屈折力且朝向像方一面为凸面的非球面透镜；

且所述成像镜头还满足0.4<|f/f₁|<0.9，其中所述成像镜头的焦距为f，第一透镜的焦距为f₁；

TTL/ImgH<4，其中第一透镜的物侧表面至成像面光轴上的距离为TTL，所述成像镜头成像面对角线长的一半为ImgH。

2.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜满足以下条件：

5<R₁₁/R₁₂<20，

1.1<（R₁₁+R₁₂）/（R₁₁-R₁₂）<1.35；

其中第一透镜朝向物方表面的曲率半径为R₁₁，朝向像方表面的曲率半径为R₁₂。

3.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜满足以下条件：

0.15<R₁₂/D₁₂，

其中第一透镜朝向像方表面的曲率半径为R₁₂，第一透镜朝向像方表面的口径为D₁₂。

4.如权利要求3所述的成像镜头，其特征在于，所述第三透镜满足以下条件：

0.3<|R₃₂/D₃₂|<0.7，

其中第三透镜朝向像方表面的曲率半径为R₃₂，第三透镜朝向像方表面的口径为D₃₂。

5.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头满足以下条件：

25<v₁-v₂<45，

其中第一透镜的色散系数为v₁,第二透镜的色散系数为v₂。

6.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜朝向物方的一面至少具有一个反曲点。

7.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第三透镜朝向物方的一面为凸起或凹陷的非球面。

8.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，还包括光阑，所述光阑位于第二透镜与第三透镜之间。

9.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，还包括滤光片，所述滤光片位于第三透镜之后。

10.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜为塑胶镜片。