CN106249388A - 镜头、辅助成像装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜头、辅助成像装置及电子设备，所述镜头具有大于180度的视场角，所述镜头从物方至像方依次包括：前镜头组，后镜头组以及光阑；其中：所述前镜头组为负折射率透镜组，包括第一透镜和第二透镜；所述后镜头组为正折射率透镜组，包括第三透镜和第四透镜。本申请的镜头可以将物方超过180度视场角的图像压缩到50度视场角的图像供电子设备的摄像头进行获取和成像，使电子设备以大视场角成像，且成像效果更好，图像更加清晰。

Description

镜头、辅助成像装置及电子设备

技术领域

本发明涉及光学镜头技术领域，尤指一种镜头、辅助成像装置及电子设备。

背景技术

大广角拍摄和监控设备的长足发展，使得用户通过电子设备获取大视场角图像的需求愈加强烈，尤其是对4π立体角全空间的拍摄。通常可以采用微距镜头和广角镜头作为电子设备的辅助镜头，使得电子设备获取大视场角图像。

然而，采用微距镜头和广角镜头作为电子设备的辅助镜头，镜头视场角小，成像效果差，图像清晰度低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种镜头、辅助成像装置及电子设备，能够实现电子设备的大视场角成像，且成像效果好，图像更加清晰。

为了达到本发明目的，本申请提供了一种镜头，具有大于180度的视场角，所述镜头从物方至像方依次包括：

前镜头组，后镜头组以及光阑；其中：

所述前镜头组为负折射率透镜组，包括第一透镜和第二透镜；

所述后镜头组为正折射率透镜组，包括第三透镜和第四透镜。

本申请还提供了一种辅助成像装置，包括上述的镜头，所述镜头设置在电子设备的摄像头之前。

本申请还提供了一种电子设备，包括上述的镜头或者上述的辅助成像装置。

与现有技术相比，本发明的镜头具有大于180度的视场角，镜头从物方至像方依次包括：前镜头组，后镜头组以及光阑；其中：所述前镜头组为负折射率透镜组，包括第一透镜和第二透镜；所述后镜头组为正折射率透镜组，包括第三透镜和第四透镜。本申请的镜头可以将物方超过180度视场角的图像压缩到50度视场角的图像供电子设备的摄像头进行获取和成像，使电子设备以大视场角成像，且成像效果更好，图像更加清晰。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为根据本申请实施例1提供的镜头的结构示意图；

图2为根据本申请实施例1提供的镜头的光学性能图；

图3为根据本申请实施例2提供的镜头的结构示意图；

图4为根据本申请实施例2提供的镜头的光学性能图；

图5为根据本申请实施例3提供的镜头的结构示意图；

图6为根据本申请实施例3提供镜头的光学性能图；

图7为根据本申请实施例4提供的辅助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 第三透镜

4 第四透镜

5 光阑

6 前置摄像头

7 后置摄像头

8 电子设备

9 镜头

10 前辅助镜头

11 后辅助镜头

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

现有技术中，通常会采用微距镜头或广角镜头作为电子设备的辅助镜头，以使电子设备能够拍摄全景图像。但是，现有的微距镜头和广角镜头的成像效果较差，导致电子设备拍摄出的全景图像的清晰度较低，无法满足用户对于电子设备拍摄全景图像的效果要求。

为了能够使电子设备拍摄出图像清晰、效果好的全景图像，本申请提供的镜头包括前镜头组，后镜头组以及光阑，通过为镜头的前镜头组设置第一透镜和第二透镜，为后镜头组设置第三透镜和第四透镜，使用四片透镜实现将超过180度的视场角内的光线收集到电子设备镜头中，使得电子设备可以获得超过180度的视场角的场景。

电子设备的摄像头(前置摄像头或者后置摄像头)使用的光学传感器大多是方形的，摄像头获得方形视场角的场景，本申请提供的镜头可以将获得超过180度视场角的场景压缩到更小的视场角中，压缩到小于电子设备摄像头较小方向的视场角，使得电子设备可以在各个方向获得超过180度视场角的场景。

以下结合附图详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

下面以将镜头设置在电子设备的前置摄像头之前，辅助电子设备的前置摄像头摄取图像为例，结合附图对本申请实施例的镜头进行说明。

如图1所示，本申请实施例1提供的镜头9，具有大于180度的视场角，镜头9从物方至像方依次包括：

前镜头组，后镜头组以及光阑5；其中：

前镜头组为负折射率透镜组，包括第一透镜1和第二透镜2；

后镜头组为正折射率透镜组，包括第三透镜3和第四透镜4。

本申请提供的镜头可以应用到任何具有摄像头和拍摄功能的电子设备上，如手机、笔记本电脑和Pad等。镜头可以设置到电子设备的摄像头之前，通过本申请提供的镜头，将物方超过180度视场角的图像压缩到90度视场角的图像，使电子设备能够拍摄出全景图像。此外，对于具有多个摄像头的电子设备，可以是电子设备的其中一个或几个摄像头设置本申请的镜头，也可以是电子设备的每个摄像头均设置本申请的镜头。

请再次参考图1，镜头9设置在电子设备8的前置摄像头6之前，镜头9的光阑5的位置与前置摄像头6的光阑的位置重合。镜头9具有大于180度的视场角，从物方至像方依次包括：前镜头组、后镜头组和光阑5。图1中左侧是物方，右侧是像方，光线从物方进入到镜头中，并通过电子设备8的感光元件来成像。

其中，前透镜组包括：第一透镜1和第二透镜2，后透镜组包括：第三透镜3和第四透镜4。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。也就是说，该镜头9从物方到像方依次包括：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和光阑5。

本实施例提供的镜头可以将物方超过180度视场角的图像压缩到50度视场角的图像以供电子设备的摄像头进行获取和成像，从而能够实现电子设备的大视场角成像，且成像效果更好，图像更加清晰。

应理解，在该实施例中，由于镜头9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。

此外，镜头视场不会产生渐晕，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，所以该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、教育培训和展览展示等行业中。

还应理解，镜头9也可以设置在电子设备8的后置摄像头7(图1中未示出)之前，镜头9的光阑5的位置与后置摄像头7的光阑的位置重合。镜头9的具体结构不变，可以辅助电子设备8的后置摄像头7进行成像，实现通过电子设备8的后置摄像头7拍摄全景图像。在实现中，镜头9为电子设备8的前置摄像头6和后置摄像头7辅助成像实现原理相同，且能够达到相同的效果。

在本申请的一可选实施例中，第一透镜1可以采用弯月形负透镜，第二透镜2可以采用双凹形负透镜，第三透镜3可以采用双凸形正透镜，第四透镜4可以采用正透镜。

可选的，镜头9满足条件1.1≤|f12/f34|≤1.4，其中，f12为第一透镜与第二透镜的组合焦距，f34为第三透镜与第四透镜的组合焦距。

此外，镜头9也可以是满足条件1.7≤|f1/f2|≤2.3，3.4≤|f1/f12|≤4.2，0.6≤|f3/f34|≤1.1，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f12为第一透镜与第二透镜的组合焦距，f3为第三透镜的焦距，f34为第三透镜与第四透镜的组合焦距。

可选的，第一透镜1和第二透镜2的阿贝数大于40，并且小于50，第三透镜3的阿贝数小于40，第四透镜4的阿贝数大于65。

例如，在实施例1中，如图1所示的镜头9的视场角为2ω＝190°，光阑的直径D＝2mm。从物方到像方依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和光阑5。镜头为无焦系统，可以将视场角为190度成像变换成视场角为50度成像。

以下将第一透镜1的物方表面的序号表示为A，像方表面的序号表示为B；第二透镜2的物方表面的序号表示为C，像方表面的序号表示为D，第三透镜3的物方表面的序号表示为E，像方表面的序号表示为F，第四透镜4的物方表面的序号表示为G，像方表面的序号表示为H，光阑为5，该实施例中各个光学元件的设计数据如表1所示。

表1

图2所示为上述实施例1的镜头的光学性能图。从图2中可以看出：当在光阑位置加入焦距为5mm的理想光学镜头模型时，该镜头的光学性能MTF在150线对的时候可以达到0.2以上。

图3中镜头9的视场角为2ω＝190°，光阑的直径D＝2mm。从物方到像方依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和光阑5。镜头为无焦系统，可以将视场角为190度成像变换成视场角为50度成像。

以下将第一透镜1的物方表面的序号表示为A，像方表面的序号表示为B；第二透镜2的物方表面的序号表示为C，像方表面的序号表示为D，第三透镜3的物方表面的序号表示为E，像方表面的序号表示为F，第四透镜4的物方表面的序号表示为G，像方表面的序号表示为H，光阑为5，该实施例中各个光学元件的设计数据如表2所示。

表2

图4所示为上述实施例2的镜头的光学性能图。从图4中可以看出：当在光阑位置加入焦距为5mm的理想光学镜头模型时，该镜头的光学性能MTF在100线对的时候可以达到0.2以上。

图5中镜头9的视场角为2ω＝190°，光阑的直径D＝2mm。从物方到像方依次经过第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和光阑5。镜头为无焦系统，可以将视场角为190度成像变换成视场角为50度成像。

以下将第一透镜1的物方表面的序号表示为A，像方表面的序号表示为B；第二透镜2的物方表面的序号表示为C，像方表面的序号表示为D，第三透镜3的物方表面的序号表示为E，像方表面的序号表示为F，第四透镜4的物方表面的序号表示为G，像方表面的序号表示为H，光阑为5，该实施例中各个光学元件的设计数据如表3所示。

表3

图6所示为上述实施例3提供的镜头的光学性能图。从图7中可以看出：当在光阑位置加入焦距为5mm的理想光学镜头模型时，该镜头的光学性能MTF在150线对的时候可以达到0.2以上。

如图7所示，本申请的实施例4还提供了一种辅助成像装置，该辅助成像装置包括上述实施例1～实施例3中的镜头，镜头设置在电子设备的摄像头之前。图中以辅助成像装置包括背向放置的前辅助镜头10和后辅助镜头11为例进行说明，前辅助镜头10和后辅助镜头11的结构均与图1所示的镜头9的结构相同，为了描述的简洁，在此不再赘述。

电子设备8可以是任何设置有摄像头且具有拍摄能力的终端设备。电子设备上可以设置有一个摄像头，也可以设置有多个摄像头。相应的，本申请提供的辅助成像装置，可以为电子设备8的其中一个或几个摄像头提供辅助的镜头，也可以是为电子设备8上设置的每个摄像头均提供辅助的镜头。

在本申请的一可选实施例中，辅助成像装置可以是为电子设备8的前置摄像头6提供辅助的镜头。前置摄像头6的数量可以是一个，也可以是多个。相应的，如果前置摄像头6为一个，则辅助成像装置对应一个前辅助镜头10辅助前置摄像头6成像；如果前置摄像头6为多个，则辅助成像装置对应相同数量的前辅助镜头10，并一一对应的辅助前置摄像头6成像。

辅助成像装置的前辅助镜头10设置在电子设备8的前置摄像头6之前，需要将前辅助镜头10的光阑5的位置设置与前置摄像头6光阑的位置重合。

或者，辅助成像装置的镜头也可以是包括至少一个后辅助镜头11，为电子设备8的后置摄像头7提供辅助成像。后置摄像头7的数量同样可以是一个，也可以是多个。相应的，如果前置摄像头7为一个，则辅助成像装置对应一个后辅助镜头11辅助后置摄像头7成像；如果后置摄像头7为多个，则辅助成像装置对应相同数量的后辅助镜头11，并一一对应的辅助后置摄像头7成像。

辅助成像装置的后辅助镜头11设置在电子设备8的后置摄像头7之前，将后辅助镜头11的光阑5的位置设置与后置摄像头7光阑的位置重合。

在本申请的又一可选实施例中，辅助成像装置的镜头可以包括前辅助镜头10和后辅助镜头11，其中：

前辅助镜头10设置在电子设备8的前置摄像头6之前，且前辅助镜头10的光阑5的位置与前置摄像头6的光阑的位置重合。

后辅助镜头11设置在电子设备8的后置摄像头7之前，且后辅助镜头11的光阑5的位置与后置摄像头7的光阑的位置重合。

前辅助镜头10和后辅助镜头11背向设置，且前辅助镜头10的光轴和后辅助镜头11的光轴相互平行。光轴为从被摄物体端摄入的光束的中心线，也即镜头中的光学部件组成的光学系统的对称轴。

需要说明的是，在电子设备8包含多个前置摄像头6和多个后置摄像头7的情况下，辅助成像装置可以相应的包含多个前辅助镜头10和多个后辅助镜头11。相应数量的前辅助镜头10一一对应的为前置摄像头6提供辅助成像，相应数量的后辅助镜头11一一对应的为后置镜头7提供辅助成像。

此外，为了降低镜头成本和拼接算法难度，在前置摄像头和后置摄像头前增加类似或者相同的辅助镜头，需要前辅助镜头10和后辅助镜头11满足以下条件：

前辅助镜头10包括的前镜头组的第一透镜1的第一顶点到第二顶点的距离d1，后辅助镜头11包括的前镜头组的第一透镜1的第三顶点到第四顶点的距离为d2，满足d1＝d2。

其中，第一顶点为前辅助镜头10的光轴与前辅助镜头10包括的第一透镜1的物方表面的交点，第二顶点为前辅助镜头10的光轴与前辅助镜头10包括的光阑5的交点，第三顶点为后辅助镜头11的光轴与后辅助镜头11包括的第一透镜1的物方表面的交点，第四顶点为后辅助镜头11的光轴与后辅助镜头11包括的光阑5的交点。

本实施例提供的辅助成像装置，通过将相对放置的视场角大于180度的两个镜头分别设置在电子设备的前置摄像头和后置摄像头之前，分别将物方超过180度视场角的图像压缩到50度视场角的图像以供电子设备的前置摄像头和后置摄像头进行获取和成像，从而可以实现电子设备的4π弧度立体角全空间视场角成像。

请再次参考图7，本申请的实施例5还提供了一种电子设备，包括上述实施例1～实施例3中的镜头或者上述实施例4中的辅助成像装置。

在本申请的一可选实施例中，电子设备的内置摄像头可以直接采用本申请实施例1～实施例3中的镜头，使电子设备可以拍摄全景图像。

在本申请的另一可选实施例中，也可以是电子设备包含本申请实施例4中的辅助成像装置，通过辅助成像装置辅助电子设备上的摄像头拍摄全景图像。

同样的，本申请的电子设备可以是在前置摄像头6之前设置前辅助镜头10，或者是在后置摄像头7之前设置后辅助镜头11，也可以是在前置摄像头6之前设置前辅助镜头10，并在后置摄像头7之前设置后辅助镜头11。并且，前置摄像头6和后置摄像头7的数量均可以是一个或多个，相应的，相同数量的前辅助镜头10和后辅助镜头11分别为前置摄像头6和后置摄像头7提供辅助成像。

在图7中的电子设备8包含一个前置摄像头6和一个后置摄像头7，相应的，辅助成像装置包含一个前辅助镜头10和一个后辅助镜头11。

前辅助镜头10设置在电子设备8的前置摄像头6之前，且前辅助镜头10的光阑5的位置与前置摄像头6的光阑的位置重合。

后辅助镜头11设置在电子设备8的后置摄像头7之前，且后辅助镜头11的光阑5的位置与后置摄像头7的光阑的位置重合。

前辅助镜头10和后辅助镜头11背向设置，且前辅助镜头10的光轴和后辅助镜头11的光轴相互平行。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种镜头，其特征在于，具有大于180度的视场角，所述镜头从物方至像方依次包括：

前镜头组，后镜头组以及光阑；其中：

所述前镜头组为负折射率透镜组，包括第一透镜和第二透镜；

所述后镜头组为正折射率透镜组，包括第三透镜和第四透镜。

2.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，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，所述第三透镜为双凸形正透镜，所述第四透镜为正透镜。

3.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：

1.1≤|f12/f34|≤1.4；

其中，f12为所述第一透镜与所述第二透镜的组合焦距，f34为所述第三透镜与所述第四透镜的组合焦距。

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：

1.7≤|f1/f2|≤2.3，3.4≤|f1/f12|≤4.2，0.6≤|f3/f34|≤1.1；

其中，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f12为所述第一透镜与所述第二透镜的组合焦距，f3为所述第三透镜的焦距，f34为所述第三透镜与所述第四透镜的组合焦距。

5.根据权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜的阿贝数大于40，并且小于50，所述第三透镜的阿贝数小于40，所述第四透镜的阿贝数大于65。

6.一种辅助成像装置，其特征在于，包括如权利要求1～5任意之一所述的镜头，所述镜头设置在电子设备的摄像头之前。

7.根据权利要求6所述的辅助成像装置，其特征在于：

所述镜头包括至少一个前辅助镜头，所述前辅助镜头设置在电子设备的前置摄像头之前，且前辅助镜头的光阑的位置与对应的前置摄像头的光阑的位置重合；或者，

所述镜头包括至少一个后辅助镜头，所述后辅助镜头设置在电子设备的后置摄像头之前，且后辅助镜头的光阑的位置与对应的后置摄像头的光阑的位置重合。

8.根据权利要求6所述的辅助成像装置，其特征在于，所述镜头包括至少一个前辅助镜头和至少一个后辅助镜头，其中：

所述前辅助镜头设置在电子设备的前置摄像头之前，且前辅助镜头的光阑的位置与对应的前置摄像头的光阑的位置重合；

所述后辅助镜头设置在电子设备的后置摄像头之前，且后辅助镜头的光阑的位置与对应的后置摄像头的光阑的位置重合；并且，

所述前辅助镜头与所述后辅助镜头背向放置，且光轴相互平行。

9.根据权利要求8所述的辅助成像装置，其特征在于，所述前辅助镜头和所述后辅助镜头满足以下条件：

所述前辅助镜头的第一顶点与第二顶点之间的距离d1，与所述后辅助镜头的第三顶点与第四顶点之间的距离d2相等；

其中，所述第一顶点为所述前辅助镜头的光轴与所述前辅助镜头的第一透镜的物方表面的交点，所述第二顶点为所述前辅助镜头的光轴与所述前辅助镜头的光阑的交点，所述第三顶点为所述后辅助镜头的光轴与所述后辅助镜头的第一透镜的物方表面的交点，所述第四顶点为所述后辅助镜头的光轴与所述后辅助镜头的光阑的交点。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1～5任意之一所述的镜头或者如权利要求6～9任意之一所述的辅助成像装置。