CN106125258B - 广角镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种广角镜头，从物侧到成像面依次包括具有负光焦度且凹面朝向成像面的弯月型第一透镜，具有负光焦度的第二透镜，具有正光焦度的第三透镜，具有正光焦度且双面均为凸面的第四透镜，具有负光焦度且双面均为凹面的第五透镜，具有正光焦度且双面均为凸面的第六透镜，设于所述第三透镜和所述第四透镜之间的光阑，及设于所述第六透镜与成像面之间的滤光片，各个透镜均为塑胶非球面透镜。本发明中各个透镜均为塑胶非球面镜片可以使得所述广角镜头具有较好的光学性能，同时各个透镜之间的结构组成可以实现所述广角镜头的小型化。

Description

广角镜头
技术领域
本发明涉及摄像镜头技术领域，特别涉及一种广角镜头。
背景技术
广角镜头又称短焦距镜头，是焦距比标准镜头短，视场角大的镜头。其主要的目标是要求视场角度尽可能地高，同时，又希望图像能够尽可能地不失真，尤其是希望图像的畸变能够尽可能地小。
现有技术中，广角镜头从物方到像方依次包括具有负光焦度的前透镜群组、光阑、具有正光焦度的后透镜群组。例如，CN201310528701.8号专利中，虽然广角镜头的视场角范围为；[130°～220°]，且解决了视场角超过90°后失真严重的问题，但是整个镜头的光学总长度L＝17.02mm，不利于整个镜头的小型化。此外，现有技术中的广角镜头由于结构尺寸较大不能适用于头戴式VR(Virtual Reality，虚拟现实，简称VR)设备上，且在黑暗环境下不能使用。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种结构较小的广角镜头，能够适用于头戴式VR设备上，且能够在红外波段中使用。
一种广角镜头，从物侧到成像面依次包括具有负光焦度且凹面朝向成像面的弯月型第一透镜，具有负光焦度的第二透镜，具有正光焦度的第三透镜，具有正光焦度且双面均为凸面的第四透镜，具有负光焦度且双面均为凹面的第五透镜，具有正光焦度且双面均为凸面的第六透镜，设于所述第三透镜和所述第四透镜之间的光阑，及设于所述第六透镜与成像面之间的滤光片，各个透镜均为塑胶非球面透镜。
相较现有技术，本发明中所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜主要用于大角度光线的收集，收敛轴外视场主光线和光轴的夹角，所述第四透镜、所述第五透镜及所述第六透镜主要用于光线的会聚，所述第四透镜和所述第五透镜起到正负透镜消除色差的作用，两者阿贝数Vd差值大于20，所述第六透镜起到消除像差和控制主光线的出射角度的作用。各个透镜均为塑胶非球面镜片可以使得所述广角镜头具有较好的光学性能，同时各个透镜之间的结构组成可以实现所述广角镜头的小型化。此外，由于塑胶透镜因环境温度变化会带来较大的焦点移动，具有负光焦度的透镜和具有正光焦度的透镜随着环境温度的变化，焦点移动的方向相反，因此，本发明所述广角镜头采用的六片式结构是由3片正光焦度和3片负光焦度透镜组成，这样可以尽量减小因环境温度变化引起的所述广角镜头的焦点移动。
进一步地，所述广角镜头满足条件式：tanFOV/TL＞0.8，
其中，FOV表示所述广角镜头的最大半视场角，TL表示所述广角镜头的光学总长。此条件体现了所述广角镜头在拥有大视场角的情况下，可以有效限制镜头的光学总长，使得所述广角镜头的结构较小。
进一步地，所述广角镜头满足条件式：1.5＜(f4+f5+f6)/f＜2.8，
其中，f4、f5和f6分别表示所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的焦距，f表示所述广角镜头的系统焦距。当(f4+f5+f6)/f的值超过上限时，所述广角镜头的总长能够较小，但各个镜头的加工难度会增加，当(f4+f5+f6)/f的值超过下限时，所述广角镜头的各类像校正困难，如球差、像散。
进一步地，所述广角镜头满足条件式：-3＜f1/R12＜-1.5，
其中，f1表示第一透镜的焦距，R12代表所述第一透镜的像侧面的曲率半径。满足以上条件式有利于所述广角镜头的像差校正，尤其对轴外像差，如场曲的校正。
进一步地，所述广角镜头满足条件式：0.8＜f4/f＜1.3，
其中，f4表示所述第四透镜的焦距，f表示所述广角镜头的系统焦距。当f4/f的值超过上限时，所述广角镜头的球差不易校正，当f4/f的值超过下限时，不利于各个透镜的加工，使得生产难度加大。
进一步地，所述广角镜头满足条件式：0.95＜yθ/(f*θ)＜1.05，
其中，θ表示所述广角镜头的半视场角，f表示所述广角镜头的系统焦距，yθ表示在θ时所述广角镜头的像高。此条件可以保证所述广角镜头具有非常小的畸变，尽量让所述广角镜头的视场角和像高成线性关系。
进一步地，所述广角镜头满足条件：20＜Vd1-Vd2＜40，
其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜及所述第六透镜为同一种材料，阿贝数为Vd1，所述第三透镜、所述第五透镜为另一种材料，阿贝数为Vd2。此条件为消色差条件，当超过下限值时，色差较大，校正困难；当超过上限值时，不利于材料选取。选用两种不同的塑胶材料，可以降低透镜塑料注模生产的工艺复杂程度。
进一步地，所述广角镜头的光学总长小于5.31mm。
进一步地，所述广角镜头的视场角大于160°。
进一步地，所述广角镜头的适用光谱范围为：430nm～900nm。
满足上述配置有利于保证所述广角镜头的结构小型化，同时提高视场角，实现超广角的特效。此外，修正了红外波段的各类像差，实现了在明亮和黑暗环境下都能清晰成像，通过控制f-θ畸变来提高边缘视场的放大倍率，从而提高了所述广角镜头边缘的解像能力，使其满足边缘视场画面拉平展开后，有足够的分辨率。
附图说明
图1a为本发明第一实施例中广角镜头的截面结构示意图；
图1b为本发明第一实施例中广角镜头在可见波段的MTF曲线示意图；
图1c为本发明第一实施例中广角镜头在红外波段(0.835um～0.875um)的MTF曲线示意图；
图1d为本发明第一实施例中广角镜头在可见波段的场曲图；
图1e为本发明第一实施例中广角镜头在可见波段的畸变图；
图2a为本发明第二实施例中广角镜头的截面结构示意图；
图2b为本发明第二实施例中广角镜头在可见波段的MTF曲线示意图；
图2c为本发明第二实施例中广角镜头在红外波段(0.835um～0.875um)的MTF曲线示意图；
图2d为本发明第二实施例中广角镜头在可见波段的场曲图；
图2e为本发明第二实施例中广角镜头在可见波段的畸变图；
图3a为本发明第三实施例中广角镜头的截面结构示意图；
图3b为本发明第三实施例中广角镜头在可见波段的MTF曲线示意图；
图3c为本发明第三实施例中广角镜头在红外波段(0.835um～0.875um)的MTF曲线示意图；
图3d为本发明第三实施例中广角镜头在可见波段的场曲图；
图3e为本发明第三实施例中广角镜头在可见波段的畸变图；
图4a为本发明第四实施例中广角镜头的截面结构示意图；
图4b为本发明第四实施例中广角镜头在可见波段的MTF曲线示意图；
图4c为本发明第四实施例中广角镜头在红外波段(0.835um～0.875um)的MTF曲线示意图；
图4d为本发明第四实施例中广角镜头在可见波段的场曲图；
图4e为本发明第四实施例中广角镜头在可见波段的畸变图；
图5a为本发明第五实施例中广角镜头的截面结构示意图；
图5b为本发明第五实施例中广角镜头在可见波段的MTF曲线示意图；
图5c为本发明第五实施例中广角镜头在红外波段(0.835um～0.875um)的MTF曲线示意图；
图5d为本发明第五实施例中广角镜头在可见波段的场曲图；
图5e为本发明第五实施例中广角镜头在可见波段的畸变图。
主要元件符号说明：
第一透镜 L1 第二透镜 L2
第三透镜 L3 第四透镜 L4
第五透镜 L5 第六透镜 L6
滤光片 G1 光阑 S7
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明中各个实施例中所述广角镜头的非球面的表面形状均满足下列方程：
其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示曲面顶点的曲率，K表示二次曲面系数，h表示光轴到曲面的距离，B、C、D、E和F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数。
在以下各个实施例中，所述广角镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。
实施例1
请参阅图1a至图1e，为本发明第一实施例中提供的一种广角镜头，从物侧到成像面依次包括具有负光焦度且凹面朝向成像面的弯月型第一透镜L1，具有负光焦度的第二透镜L2，具有正光焦度的第三透镜L3，具有正光焦度且双面均为凸面的第四透镜L4，具有负光焦度且双面均为凹面的第五透镜L5，具有正光焦度且双面均为凸面的第六透镜L6，设于所述第三透镜L3和所述第四透镜L4之间的光阑S7，及设于所述第六透镜L6与成像面之间的滤光片G1，各个透镜均为塑胶非球面透镜。
本实施例中，所述第一透镜L1的S2面的曲率半径<所述第二透镜L2的S3面的曲率半径<所述第三透镜L3的S6面的曲率半径<所述第三透镜L3的S5面的曲率半径<所述第二透镜L2的S4面的曲率半径<所述第一透镜L1的S1面曲率半径。
本实施例中，各个透镜的相关参数如表1-1所示。
表1-1
表面序号 表面类型 曲率半径 厚度 折射率 阿贝数
物面 球面 无穷 400
S1 非球面 23.97896 0.3409364 1.544 56.0
S2 非球面 0.8165929 0.8620021
S3 非球面 -1.970337 0.236804 1.544 56.0
S4 非球面 15.26359 0.03187267
S5 非球面 7.786944 0.6246983 1.640 23.5
S6 非球面 -3.86517 0.04650314
S7 光阑 无穷 0.07560798
S8 非球面 1.004457 0.6699287 1.544 56.0
S9 非球面 -0.6142801 0.03398238
S10 非球面 -2.63651 0.2457888 1.640 23.5
S11 非球面 0.7602849 0.1159203
S12 非球面 1.671347 0.4836467 1.544 56.0
S13 非球面 -2.953447 0.3
S14 球面 无穷 0.3 1.517 64.2
S15 球面 无穷 0.5432841
S16 像面 无穷 —
本实施例的各透镜非球面的参数如表1-2所示。
表1-2
在本实施例中，其在红外波段和可见波段的MTF曲线、场曲和畸变曲线、色差分别如图1b、1c、1d、1e所示。由1b至1e可以看出，本实施例中场曲、畸变、色差都能被很好的校正。
实施例2
请参阅图2a至图2e，为本发明第二实施例种提供的一种广角镜头，本实施例中所述广角镜头与第一实施例中所述广角镜头的结构大抵相同，不同之处在于，所述第二透镜靠近物侧的一面为凸面且靠近成像面的一面为凹面，所述第三透镜靠近物侧的一面为凹面且靠近成像面的一面为凸面。
本实施例中，所述第二透镜的S4面的曲率半径<所述第一透镜的S2面的曲率半径<所述第三透镜的S6面的曲率半径<所述第一透镜的S1面的曲率半径<所述第三透镜的S5面的曲率半径<所述第二透镜的S3面曲率半径。
本实施例中，各个透镜的相关参数如表2-1所示。
表2-1
本实施例的各透镜非球面的参数如表2-2所示。
表2-2
在本实施例中，其在红外波段和可见波段的MTF曲线、场曲和畸变曲线、色差分别如图2b、2c、2d、2e所示。由2b至2e可以看出，本实施例中场曲、畸变、色差都能被很好的校正。
实施例3
请参阅图3a至图3e，为本发明第三实施例种提供的一种广角镜头，本实施例中所述广角镜头与第一实施例中所述广角镜头的结构大抵相同，不同之处在于，所述第三透镜靠近物侧的一面为凹面且靠近成像面的一面为凸面。
本实施例中，所述第一透镜的S2面的曲率半径<所述第二透镜的S4面的曲率半径<所述第二透镜的S3面的曲率半径<所述第三透镜的S6面的曲率半径<所述第三透镜的S5面的曲率半径<所述第一透镜的S1面曲率半径。
本实施例中，各个透镜的相关参数如表3-1所示。
表3-1
表面序号 表面类型 曲率半径 厚度 折射率 阿贝数
物面 球面 无穷 400
S1 非球面 25.67184 0.2999527 1.544 56.0
S2 非球面 1.017918 0.8070404
S3 非球面 -3.652302 0.2499002 1.544 56.0
S4 非球面 2.40251 0.2468019
S5 非球面 15.46452 0.416581 1.640 23.5
S6 非球面 -6.39414 0.2781026
S7 光阑 Infinity -0.07716776
S8 非球面 0.9446006 0.6009503 1.544 56.0
S9 非球面 -0.6424886 0.03101302
S10 非球面 -7.848868 0.2498404 1.640 23.5
S11 非球面 0.6000208 0.09936616
S12 非球面 1.631275 0.5291192 1.544 56.0
S13 非球面 -1.838484 0.1339978
S14 球面 无穷 0.21 1.517 64.2
S15 球面 无穷 0.8345697
S16 像面 无穷 —
本实施例的各透镜非球面的参数如表3-2所示。
表3-2
在本实施例中，其在红外波段和可见波段的MTF曲线、场曲和畸变曲线、色差分别如图3b、3c、3d、3e所示。由3b至3e可以看出，本实施例中场曲、畸变、色差都能被很好的校正。
实施例4
请参阅图4a至图4e，为本发明第四实施例种提供的一种广角镜头，本实施例中所述广角镜头与第一实施例中所述广角镜头的结构大抵相同，不同之处在于，所述第三透镜靠近物侧的一面为凹面且靠近成像面的一面为凸面。
本实施例中，所述第一透镜的S2面的曲率半径<所述第二透镜的S4面的曲率半径<所述第三透镜的S6面的曲率半径<所述第二透镜的S3面的曲率半径<所述第三透镜的S5面的曲率半径<所述第一透镜的S1面曲率半径。
本实施例中，各个透镜的相关参数如表4-1所示。
表4-1
本实施例的各透镜非球面的参数如表4-2所示。
表4-2
在本实施例中，其在红外波段和可见波段的MTF曲线、场曲和畸变曲线、色差分别如图4b、4c、4d、4e所示。由4b至4e可以看出，本实施例中场曲、畸变、色差都能被很好的校正。
实施例5
请参阅图5a至图5e，为本发明第五实施例种提供的一种广角镜头，本实施例中所述广角镜头与第一实施例中所述广角镜头的结构大抵相同，不同之处在于，本实施例中，所述第一透镜的S2面的曲率半径<所述第二透镜的S4面的曲率半径<所述第二透镜的S3面的曲率半径<所述第三透镜的S6面的曲率半径<所述第三透镜的S5面的曲率半径<所述第一透镜的S1面曲率半径。
本实施例中，各个透镜的相关参数如表5-1所示。
表5-1
表面序号 表面类型 曲率半径 厚度 折射率 阿贝数
物面 球面 无穷 400
S1 非球面 26.0138 0.3330883 1.544 55.95
S2 非球面 1.107129 0.8652888
S3 非球面 -3.90109 0.2713416 1.544 55.95
S4 非球面 2.648874 0.2640241
S5 非球面 23.08661 0.4344282 1.640 23.5
S6 非球面 -7.288476 0.2905514
S7 光阑 无穷 -0.0547037
S8 非球面 1.020755 0.6422238 1.544 55.95
S9 非球面 -0.6917247 0.04746841
S10 非球面 -8.266295 0.271382 1.640 23.5
S11 非球面 0.6422802 0.09842359
S12 非球面 1.727414 0.5982788 1.544 55.95
S13 非球面 -1.984706 0.1456529
S14 球面 无穷 0.21 1.517 64.2
S15 球面 无穷 0.8957
S16 像面 无穷 —
本实施例的各透镜非球面的参数如表5-2所示。
表5-2
在本实施例中，其在红外波段和可见波段的MTF曲线、场曲和畸变曲线、色差分别如图5b、5c、5d、5e所示。由5b至5e可以看出，本实施例中场曲、畸变、色差都能被很好的校正。
表6是5个实施例及其对应的光学特性，包括系统焦距f、光圈数FNO、半视场角θ和系统总长TL，以及与前面每个条件式对应的数值。
表格6
综合上述实施例，均达到了以下的光学指标：(1)视场角：2θ＞160°；(2)光学总长：TL≤5.31mm；(3)适用光谱范围为：430nm～900nm。
本发明中所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜主要用于大角度光线的收集，收敛轴外视场主光线和光轴的夹角，所述第四透镜、所述第五透镜及所述第六透镜主要用于光线的会聚，所述第四透镜和所述第五透镜起到正负透镜消除色差的作用，两者阿贝数Vd差值大于20，所述第六透镜起到消除像差和控制主光线的出射角度的作用。各个透镜均为塑胶非球面镜片可以使得所述广角镜头具有较好的光学性能，同时各个透镜之间的结构组成可以实现所述广角镜头的小型化。此外，由于塑胶透镜因环境温度变化会带来较大的焦点移动，具有负光焦度的透镜和具有正光焦度的透镜随着环境温度的变化，焦点移动的方向相反，因此，本发明所述广角镜头采用的六片式结构是由3片正光焦度和3片负光焦度透镜组成，这样可以尽量减小因环境温度变化引起的所述广角镜头的焦点移动。
所述广角镜头满足条件式：tanFOV/TL＞0.8，其中，FOV表示所述广角镜头的最大半视场角，TL表示所述广角镜头的光学总长。此条件体现了所述广角镜头在拥有大视场角的情况下，可以有效限制镜头的光学总长，使得所述广角镜头的结构较小。
所述广角镜头满足条件式：1.5＜(f4+f5+f6)/f＜2.8，其中，f4、f5和f6分别表示所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的焦距，f表示所述广角镜头的系统焦距。当(f4+f5+f6)/f的值超过上限时，所述广角镜头的总长能够较小，但各个镜头的加工难度会增加，当(f4+f5+f6)/f的值超过下限时，所述广角镜头的各类像校正困难，如球差、像散。
所述广角镜头满足条件式：-2＜f1/R12＜-0.8，其中，f1表示第一透镜的焦距，R12代表所述第一透镜的像侧面的曲率半径。满足以上条件式有利于所述广角镜头的像差校正，尤其对轴外像差，如场曲的校正。
所述广角镜头满足条件式：0.8＜f4/f＜1.3，其中，f4表示所述第四透镜的焦距，f表示所述广角镜头的系统焦距。当f4/f的值超过上限时，所述广角镜头的球差不易校正，当f4/f的值超过下限时，不利于各个透镜的加工，使得生产难度加大。
所述广角镜头满足条件式：0.95＜yθ/(f*θ)＜1.05，其中，θ表示所述广角镜头的半视场角，f表示所述广角镜头的系统焦距，yθ表示在θ时所述广角镜头的像高。此条件可以保证所述广角镜头具有非常小的畸变，尽量让所述广角镜头的视场角和像高成线性关系。
所述广角镜头满足条件：20＜Vd1-Vd2＜40，其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜及所述第六透镜为同一种材料，阿贝数为Vd1，所述第三透镜、所述第五透镜为另一种材料，阿贝数为Vd2。此条件为消色差条件，当超过下限值时，色差较大，校正困难；当超过上限值时，不利于材料选取。选用两种不同的塑胶材料，可以降低透镜塑料注模生产的工艺复杂程度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种广角镜头，其特征在于，由从物侧到成像面依次设置的具有负光焦度且凹面朝向成像面的弯月型第一透镜，具有负光焦度的第二透镜，具有正光焦度的第三透镜，具有正光焦度且双面均为凸面的第四透镜，具有负光焦度且双面均为凹面的第五透镜，具有正光焦度且双面均为凸面的第六透镜，设于所述第三透镜和所述第四透镜之间的光阑，及设于所述第六透镜与成像面之间的滤光片组成，各个透镜均为塑胶非球面透镜，所述广角镜头满足条件式：tanFOV/TL＞0.8，其中，FOV表示所述广角镜头的最大半视场角，TL表示所述广角镜头的光学总长。
2.根据权利要求1所述广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足条件式：1.5＜(f4+f5+f6)/f＜2.8，
其中，f4、f5和f6分别表示所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的焦距，f表示所述广角镜头的系统焦距。
3.根据权利要求1所述广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足条件式：-3＜f1/R12＜-1.5，
其中，f1表示第一透镜的焦距，R12代表所述第一透镜的像侧面的曲率半径。
4.根据权利要求1所述广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足条件式：0.8＜f4/f＜1.3，
其中，f4表示所述第四透镜的焦距，f表示所述广角镜头的系统焦距。
5.根据权利要求1所述广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足条件式：0.95＜yθ/(f*θ)＜1.05，
其中，θ表示所述广角镜头的半视场角，f表示所述广角镜头的系统焦距，yθ表示在θ时所述广角镜头的像高。
6.根据权利要求1所述广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足条件：20＜Vd1-Vd2＜40，
其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜及所述第六透镜为同一种材料，阿贝数为Vd1，所述第三透镜、所述第五透镜为另一种材料，阿贝数为Vd2。
7.根据权利要求1至6任意一项所述广角镜头，其特征在于，所述广角镜头的光学总长不大于5.31mm。
8.根据权利要求1至6任意一项所述广角镜头，其特征在于，所述广角镜头的视场角大于160°。
9.根据权利要求1至6任意一项所述广角镜头，其特征在于，所述广角镜头的适用光谱范围为：430nm～900nm。
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