CN105759404B - 一种镜头和成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜头和成像装置，该镜头包括：靠近物方的前镜头组，反射元件，光阑和靠近像方的后镜头组，其中，前镜头组包括：第一透镜和第二透镜；后镜头组包括：第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；前镜头组为负折射率透镜组，后镜头组为正折射率透镜组；反射元件设置在第二透镜和第三透镜之间；光阑设置在第三透镜和第四镜头之间。本发明的镜头和成像装置，大视场不会产生渐晕，使得视场的成像照度一致，能够最大限度的吸收场景光强能量，同时，镜头考虑到杂光形成光路，控制透镜的结构消除镜头产生的鬼影，提高系统得信杂比。

Description

一种镜头和成像装置

技术领域

本发明涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种镜头和成像装置。

背景技术

目前要获取全空间信息，可以采用两个彼此相对或者相错放置的成像光学系统，每个光学系统都包含一个大于180度视场角的广角镜头和与广角镜头相匹配的成像传感装置。通过这两个成像光学系统同时获得各个方向的图像信息，通过交叠区域的展开拼接形成4π立体角全空间图像信息。

然而，使用两个大于180度视场角的广角镜头不可避免的会出现光心分离的问题，光心的分离会使得图像交叠区域的图像劣化。而且，两个广角镜头在光轴方向上距离越远，重叠部分图像的劣化越明显。

另外，本发明的发明人在实施该发明的过程中发现：大多数超过180度视场角的广角镜头结构在大视场处往往有渐晕，使得视场光线不能充满整个视场；同时超过180度视场角的广角镜头在结构上不考虑鬼影的形成，没有在结构设计中规避鬼影的形成，信杂比比较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种镜头和成像装置，能够消除镜头产生的鬼影，提高系统的信杂比。

为了达到本发明目的，本发明提供了一种镜头，包括：

前镜头组，所述前镜头组靠近物方；

后镜头组，所述后镜头组靠近像方；

反射元件；

光阑，其中，

所述前镜头组包括：第一透镜和第二透镜；

所述后镜头组包括：第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；

所述前镜头组为负折射率透镜组，所述后镜头组为正折射率透镜组；

所述反射元件设置在所述第二透镜和所述第三透镜之间；

所述光阑设置在所述第三透镜和所述第四透镜之间。

可选地，所述第一透镜为弯月形负透镜，所述第二透镜为双凹形负透镜，所述第三透镜和第四透镜均为正透镜，所述第五透镜为双凹形负透镜，所述第六透镜和第七透镜均为正透镜。

可选地，所述反射元件为反射平面镜或者直角反射棱镜。

可选地，所述镜头满足以下条件：

1.3≤|f12/f|≤2，且3.0≤|f37/f|≤4.0，

其中，f为所述镜头的焦距，f12为所述前镜头组的焦距，f37为所述后镜头组的焦距。

可选地，所述第五透镜和所述第六透镜之间进行胶合，所述第四透镜和所述第七透镜的阿贝数大于40，所述第六透镜的阿贝数大于50，所述第五透镜的阿贝数小于40。

可选地，所述镜头满足以下条件：

6≤|f1/f|≤8，2.5≤|f2/f|≤3.5，4≤|f3/f|≤6，4.5≤|f4/f|≤6.2，3.5≤|f7/f|≤5.5和3.5≤|f47/f|≤5.5，

其中，f为所述镜头的焦距，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距，f47为所述第四透镜、第五透镜、第六透镜和所述第七透镜的组合焦距，f7为所述第七透镜的焦距。

可选地，本发明的成像装置包括：两个所述镜头，两个所述镜头相对放置，且两个所述镜头的光轴相互平行，两个所述镜头的视场角均大于180度。

可选地，两个所述镜头中的一个所述镜头包括的前镜头组的第一透镜的第一顶点到第二顶点的距离为d1，两个所述镜头中的另一个所述镜头包括的前镜头组的第一透镜的第一顶点到第二顶点的距离为d2，两个所述镜头满足以下条件：

d1＝d2，且8≤d1/f≤16，

其中，所述第一顶点为所述光轴与所述第一透镜的物方表面的交点，所述第二顶点为所述光轴与所述第一透镜的反射表面的交点，f为所述镜头的焦距。

可选的，本发明的成像装置，包括至少一个所述的镜头。

基于上述技术方案提供的一种镜头和成像装置，大视场不会产生渐晕，使得视场的成像照度一致，能够最大限度的吸收场景光强能量，同时，镜头考虑到杂光形成光路，控制透镜的结构消除镜头产生的鬼影，提高系统得信杂比。当该镜头和成像装置应用在全景拍摄时，通过反射元件减小了前后两个镜头组在一个方向上的尺寸，降低图像拼接区域的劣化。

附图说明

本发明的附图是为了方便进一步理解本发明实施例的技术方案。

图1为根据本发明一个实施例提供的一种镜头的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例提供的一种镜头的光学性能图；

图3为根据本发明一个实施例提供的一种成像装置的结构示意图。

附图标记说明：

1 第一透镜

2 第二透镜

3 反射元件

4 第三透镜

5 光阑

6 第四透镜

7 第五透镜

8 第六透镜

9 第七透镜

具体实施方式

为使本发明实施例的技术方案以及优点表达的更清楚，下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述，以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

图1是根据本发明实施例提供的一种镜头的结构示意图。该镜头包括：前镜头组，后镜头组，反射元件和光阑。如图1所示，该镜头从物方到像方依次包括：第一透镜1、第二透镜2、反射元件3、第三透镜4、光阑5、第四透镜6、第五透镜7、第六透镜8和第七透镜9。

其中，前镜头组包括：第一透镜1和第二透镜2，后镜头组包括：第三透镜4、第四透镜6、第五透镜7、第六透镜8、第七透镜9。并且，前镜头组为负折射率透镜组，后镜头组为正折射率透镜组。

可选地，所述第一透镜1为弯月形负透镜，所述第二透镜2为双凹形负透镜，所述第三透镜4和第四透镜6为正透镜，所述第五透镜7为双凹形负透镜，所述第六透镜8和第七透镜9均为正透镜。

可选地，所述反射元件3为反射平面镜或者直角反射棱镜。

可选地，所述镜头满足以下条件：1.3≤|f12/f|≤2，且3.0≤|f37/f|≤4.0，其中，f为所述镜头的焦距，f12为所述前镜头组的焦距，f37为所述后镜头组的焦距。

可选地，所述第五透镜7和所述第六透镜8之间进行胶合，且所述第四透镜6和所述第七透镜9的阿贝数大于40，所述第六透镜8的阿贝数大于50，所述第五透镜7的阿贝数小于40。

可选地，所述镜头满足以下条件：6≤|f1/f|≤8，2.5≤|f2/f|≤3.5，4≤|f3/f|≤6，4.5≤|f4/f|≤6.2，3.5≤|f7/f|≤5.5和3.5≤|f47/f|≤5.5，其中，f为所述镜头的焦距，f1为所述第一透镜1的焦距，f2为所述第二透镜2的焦距，f3为所述第三透镜4的焦距，f4为所述第四透镜6的焦距，f47为所述第四透镜6、第五透镜7、第六透镜8和所述第七透镜9的组合焦距，f7为所述第七透镜9的焦距。

在该实施例中，由于镜头的前镜头组采用负折射率透镜组，后镜头组采用正折射率透镜组，所以镜头整体上采用了正负折射率镜头组分离的结构，这样可以最大限度地矫正系统由于大广角引入的象差。

本实施例提供的一种镜头，大视场不会产生渐晕，使得视场的成像照度一致，能够最大限度的吸收场景光强能量，同时，镜头考虑到杂光形成光路，控制透镜的结构消除镜头产生的鬼影，提高系统得信杂比。当该镜头和成像装置应用在全景拍摄时，通过反射元件减小了前后两个镜头组在一个方向上的尺寸，降低图像拼接区域的劣化。

此外，本发明实施例提供的一种镜头可以广泛应用于大广角场景和全景拍摄，例如，可以应用于拍摄监控，娱乐文化、教育培训、展览展示等行业中。

作为本发明的一个实施例，将如图1所示的镜头的参数进行归一化，可以得到该镜头的有效焦距为f＝1mm，F数F#＝2，视场角为2ω＝190°。从物方到像方依次经过第一透镜、第二透镜、反射元件、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜。以第一透镜的物方表面序号为1，依次类推，使用直角棱镜作为反射元件，物方透射表面序号为5，反射表面序号为6，反射元件像方透射表面序号为7，显示器件的保护玻璃物方像方表面序号为18、19，像面序号为21，该实施例中各个光学元件的设计数据如表1所示。

表1

需要说明的是，第二透镜的前表面、第三透镜的前后表面为非球面表面，非球面的形状使用近轴曲率C(表1中对应位置示出的半径的倒数)、距离光轴的高度H和非球面系数以及用X作为光轴方向上的非球面量的等式进行限定，等式如下：

其中，K、A4、A6、A8、A10为非球面系数，上述实施例中的非球面数据如下：

第三表面：K＝-1；A4＝-0.001302；A6＝1.5031×10-5；A8＝-4.5943×10-6；A10＝-2.9967×10-7。

第四表面：K＝-0.2288；A4＝-0.002534；A6＝-1.9089×10-5；A8＝-7.1033×10-5；A10＝2.3345×10-5。

第十六表面：K＝-2.8283；A4＝-0.0005238；A6＝-0.0008343；A8＝-0.0002177；A10＝-1.7867×10-6。

第十七表面：K＝9.3393；A4＝-0.005973；A6＝-0.001183；A8＝-2.6893×10-5；A10＝2.1367×10-6。

应理解，在该实施例中，进行胶合的两个透镜，相胶合面为一个表面。

如图2所示的光学性能图是根据上述实施例中的镜头的光学性能图。从图2中可以看出：该镜头的光学性能MTF接近衍射极限。

上文结合图1和图2详细描述了本发明实施例提供的一种镜头，下面结合图3详细描述本发明实施例提供的一种成像装置。

图3是根据本发明实施例提供的一种成像装置的结构示意图。如图3所示的成像装置包括两个如上述任一实施例中的镜头。两个镜头中每个镜头的结构均如图1所示的镜头结构相同，两个镜头相对放置，且两个镜头的光轴相互平行、两个镜头的视场角均大于180度。

具体的，两个镜头中的一个镜头包括的前镜头组的第一透镜的第一顶点到第二顶点的距离为d1，两个镜头中的另一个镜头包括的前镜头组的第一透镜的第一顶点到第二顶点的距离为d2，两个镜头满足以下条件：d1＝d2，且8≤d1/f≤16，其中，第一顶点为光轴与第一透镜的物方表面的交点，第二顶点为光轴与第一透镜的反射表面的交点，f为镜头的焦距。

本实施例提供的一种成像装置，通过相对放置的视场角大于180度的两个镜头，可以获取空间4π弧度立体角全空间视场。同时，由于每个镜头包括反射元件，能够减小镜头包括的前后两个镜头组在一个方向上的尺寸，大幅降低了全景镜头拼接位置的图像劣化。

本发明实施例还提供了另外一种成像装置，包含至少一个上述实施例中的镜头。例如，该成像装置可以是手机，将本发明实施例中的镜头作为手机的主相机镜头和/或副相机镜头；该成像装置也可以是照相机、摄像机、笔记本电脑或Pad等其它需要使用镜头的设备。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种镜头，其特征在于，包括：

前镜头组，所述前镜头组靠近物方；

后镜头组，所述后镜头组靠近像方；

反射元件；

光阑，其中，

所述前镜头组包括：第一透镜和第二透镜；

所述后镜头组包括：第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；

所述前镜头组为负折射率透镜组，所述后镜头组为正折射率透镜组；

所述反射元件设置在所述第二透镜和所述第三透镜之间；

所述光阑设置在所述第三透镜和所述第四透镜之间；

所述镜头满足以下条件：

1.3≤|f12/f|≤2，且3.0≤|f37/f|≤4.0，

其中，f为所述镜头的焦距，f12为所述前镜头组的焦距，f37为所述后镜头组的焦距；所述第一透镜为弯月形负透镜，所述第二透镜为双凹形负透镜，所述第三透镜和第四透镜均为正透镜，所述第五透镜为双凹形负透镜，所述第六透镜和第七透镜均为正透镜。

2.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述反射元件为反射平面镜或者直角反射棱镜。

3.根据权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第五透镜和所述第六透镜之间进行胶合，所述第四透镜和所述第七透镜的阿贝数大于40，所述第六透镜的阿贝数大于50，所述第五透镜的阿贝数小于40。

4.根据权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述镜头满足以下条件：

6≤|f1/f|≤8，2.5≤|f2/f|≤3.5，4≤|f3/f|≤6，4.5≤|f4/f|≤6.2，3.5≤|f7/f|≤5.5和3.5≤|f47/f|≤5.5，

其中，f为所述镜头的焦距，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距，f47为所述第四透镜、第五透镜、第六透镜和所述第七透镜的组合焦距，f7为所述第七透镜的焦距。

5.一种成像装置，其特征在于：包括两个如权利要求1-4中任一项所述的镜头，两个所述镜头相对放置，且两个所述镜头的光轴相互平行，两个所述镜头的视场角均大于180度。

6.根据权利要求5所述的成像装置，其特征在于：两个所述镜头中的一个所述镜头包括的前镜头组的第一透镜的第一顶点到第二顶点的距离为d1，两个所述镜头中的另一个所述镜头包括的前镜头组的第一透镜的第一顶点到第二顶点的距离为d2，两个所述镜头满足以下条件：

d1＝d2，且8≤d1/f≤16，

其中，所述第一顶点为所述光轴与所述第一透镜的物方表面的交点，所述第二顶点为所述光轴与所述第一透镜的反射表面的交点，f为所述镜头的焦距。

7.一种成像装置，其特征在于：包括至少一个如权利要求1-4中任意一项所述的镜头。

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