CN106405799A - 一种广角镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种广角镜头，该镜头包括：沿光线入射方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；第一透镜为两个表面均凸向物方的球面负透镜；第二透镜和第三透镜均为两个表面均凸向物方的球面正透镜；第四透镜为两个表面均凸向像方的球面正透镜；第五透镜和第六透镜为胶合正透镜，第五透镜为球面镜，第六透镜靠近第五透镜的表面为球面；第七透镜为非球面正透镜；本发明的技术方案能够在避免全部采用非球面透镜结构的复杂性的同时，严格控制CRA，有效校正轴外像差和场曲，结构紧凑、成本较低、成像清晰，适用于用于成像和投影。

Description

一种广角镜头

技术领域

本发明涉及光学镜头技术领域，具体涉及一种广角镜头。

背景技术

目前，微型广角镜头因为其视角较宽，而景深却很深，被广泛应用于拍摄较大场景的照片，如建筑、风景等题材中。

现有的微型广角镜头一般全部采用非球面镜片或全部采用球面镜片，全部采用非球面镜片存在的问题是结构复杂、成本高昂，全部采用球面镜片存在的问题是系统整体外形大，无法对各个视场的CRA(Chief Ray Angle，主光角)进行严格要求，导致只能放宽对CRA的要求。

发明内容

本发明提供了一种广角镜头，以解决全部采用非球面镜片导致结构复杂、成本高昂的问题，且解决全部采用球面镜片导致系统整体外形大，无法对各个视场的CRA进行严格要求的问题。

本发明提供了一种广角镜头，包括沿光线入射方向依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑L0、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7；

第一透镜L1为两个表面均凸向物方的球面负透镜；

第二透镜L2为两个表面均凸向物方的球面正透镜；

第三透镜L3为两个表面均凸向物方的球面正透镜；

第四透镜L4为两个表面均凸向像方的球面正透镜；

第五透镜L5和第六透镜L6为胶合正透镜，第五透镜L5为球面镜，第六透镜L6靠近第五透镜L5的表面为球面；

第七透镜L7为非球面正透镜。

本发明的有益效果是：本发明的一种广角镜头，首先，系统前部分的多个透镜全部采用球面镜片，只将最后一个透镜设为非球面镜片，或者只同时将倒数第二个透镜的最后一面设置为非球面，即在像面前设置非球面，从而既能够避免全部采用非球面镜片的复杂性，又能够实现严格控制CRA，还能够根据不同要求对CRA进行优化，同时能够矫正场曲，使得横向色差小，能够在可见光波段(450nm-610nm)清晰成像，既适用于成像系统，又适用于投影系统。

其次，光阑设置在第三透镜和第四透镜之间，第三透镜和第四透镜均设置为两个表面均凹向光阑的球面正透镜，使得第四透镜对补偿光阑前透镜带来的相差有积极作用，能够有效校正彗差、垂轴色差和轴外像差等相差；第五透镜和第六透镜的胶合正透镜能够起到很好的校正色差的作用。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种广角镜头的结构原理图；

图2是本发明一个实施例的一种广角镜头的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的一种广角镜头的最大视场角示意图；

图4是本发明一个实施例的一种广角镜头的场曲相差图；

图5是本发明一个实施例的一种广角镜头的球差相差图；

图6是本发明一个实施例的一种广角镜头的横向色差相差图。

具体实施方式

广角镜头的一种现有技术是：全部采用非球面镜片或全部采用球面镜片，但是全部采用非球面镜片存在结构复杂、成本高昂的问题，全部采用球面镜片存在系统整体外形大，无法对各个视场的CRA进行严格要求的问题，导致只能放宽对CRA的要求。

本发明的设计构思是：针对现有的广角镜头要么全部采用非球面镜片，要么全部采用球面镜片，所导致的结构复杂、成本高昂，或系统整体外形大、无法对各个视场的CRA进行严格要求的问题，本发明在广角镜头系统前面部分的多个透镜全部采用球面镜片，只将最后一个透镜设为非球面镜片，或者只同时将倒数第二个透镜的最后一面设置为非球面，即在像面前设置非球面，这样既能够避免全部采用非球面镜片的复杂性，又能够实现严格控制CRA，还能够根据不同要求对CRA进行优化，同时能够矫正场曲，使得横向色差小，能够在可见光波段(450nm-610nm)清晰成像，既适用于成像系统，又适用于投影系统。同时，系统的光阑设置在第三透镜和第四透镜之间，第三透镜和第四透镜均设置为两个表面均凹向光阑的球面正透镜，使得第四透镜对补偿光阑前透镜带来的相差有积极作用，能够有效校正彗差、垂轴色差和轴外像差等相差。

实施例一

图1是本发明一个实施例的一种广角镜头的结构原理图，图2是本发明一个实施例的一种广角镜头的结构示意图，参见图1和图2，该广角镜头包括：沿光线入射方向依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑L0、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7；

第一透镜L1为两个表面均凸向物方的球面负透镜；

第二透镜L2为两个表面均凸向物方的球面正透镜；

第三透镜L3为两个表面均凸向物方的球面正透镜；

第四透镜L4为两个表面均凸向像方的球面正透镜；

第五透镜L5和第六透镜L6为胶合正透镜，第五透镜L5为球面镜，第六透镜L6靠近第五透镜L5的表面为球面；

第七透镜L7为非球面正透镜。

由图1所示的广角镜头可知，本实施例中将最后一个透镜设为非球面镜片，即在像面前设置非球面，这样既能够避免全部采用非球面镜片的复杂性，减小系统体积，又能够实现严格控制CRA，还能够根据不同要求对CRA进行优化，同时能够矫正场曲，使得横向色差小，能够在可见光波段(450nm-610nm)清晰成像。同时，系统的光阑设置在第三透镜和第四透镜之间，第三透镜和第四透镜均设置为两个表面均凹向光阑的球面正透镜，使得第四透镜对补偿光阑前透镜带来的相差有积极作用，能够有效校正彗差、垂轴色差和轴外像差等相差；其胶合镜第五透镜L5和第六透镜L6能够起到很好的校正色差的作用。

实施例二

本实施例中是重点对广角镜头的各透镜的折射率Nd和阿贝数Vd所分别满足的关系式进行说明，其他内容参见本发明的其他实施例。本发明的广角镜头，各透镜的折射率Nd和阿贝数Vd所分别满足如下关系式。

第一透镜L1的折射率Nd1和阿贝数Vd1分别满足以下关系式:

1.5<Nd1<1.6，55<Vd1<65；

第二透镜L2的折射率Nd2和阿贝数Vd2分别满足以下关系式:

1.64<Nd2<1.74，50<Vd2<60；

第三透镜L3的折射率Nd3和阿贝数Vd3分别满足以下关系式:

1.6<Nd3<1.7，46<Vd3<56；

第四透镜L4的折射率Nd4和阿贝数Vd4分别满足以下关系式:

1.8<Nd4<1.88，41<Vd4<50；

第五透镜L5的折射率Nd5和阿贝数Vd5分别满足以下关系式:

1.72<Nd5<1.81，40<Vd5<55，

第六透镜L6的折射率Nd6和阿贝数Vd6分别满足以下关系式:

1.7<Nd6<1.78，25<Vd6<40；

第七透镜L7的折射率Nd7和阿贝数Vd7分别满足以下关系式:

1.55<Nd7<1.7，50<Vd7<83。

需要说明的是，对第七透镜L7的Nd及Vd要求较低，可采用玻璃也可用塑料注塑成型；对其他透镜，即第一透镜L1至第六透镜L6的镜片玻璃的选择，具有多样性，可根据不同要求进行优化配比。其中第四透镜L4作为光阑后第一片透镜，对补偿光阑前透镜带来的相差有积极作用，因此需要采用高折射率材料。

以上可知，通过本实施例的这种广角镜头，能够在严格控制CRA、矫正场曲、减小系统体积的同时，有效地校正相差、降低成本、提高成像质量。

实施例三

本实施例中是重点对广角镜头的第六透镜L6的两个表面的面型所做的说明，其他内容参见本发明的其他实施例。本发明的广角镜头，第六透镜L6靠近第七透镜L7的表面为球面。

这样在本发明的广角镜头系统中，仅有第七透镜L7的两个表面为非球面，可对任何视场的CRA在一定范围内进行严格控制，公差范围为±0.2°，例如，θ为最大视场的CRA，当全视场为29.8°时，通过最后一面非球面，即第七透镜L7靠近像方的表面，可使得CRA在29.8±3°范围内进行精确控制但不影响MTF(调制传递函数)，且其通过控制场曲还能够增加MTF值。从而以较低的成本和系统复杂性，实现控制CRA、矫正场曲、减小系统体积，有效地校正相差、降低成本、提高成像质量等目的。

实施例四

本实施例中是重点对广角镜头的第六透镜L6的两个表面的面型所做的说明，其他内容参见本发明的其他实施例。本发明的广角镜头，第六透镜L6靠近第七透镜L7的表面为非球面。如图3所示是本发明一个实施例的一种广角镜头的最大视场角示意图，图4至图6所示分别为本发明一个实施例的一种广角镜头的场曲、球差和横向色差的相差图。其中，图4的横坐标代表距离，单位为mm，纵坐标代表视场，单位为mm，每条曲线代表其对应的波长，以示色差大小情况，即图4表示的是从零视场到全视场对应的不同波长的视场弯曲情况；图5的横坐标代表球差值，单位为mm，纵坐标代表孔径值，单位为mm；图6的横坐标代表横向色差值，单位为μm，纵坐标代表视场。

需要说明的是，第六透镜L6靠近第七透镜L7的表面可以是球面，也可以是非球面；是非球面时，对CRA公差要求可以较高，为±0.1°。如下表一至表三所示，

表一

表一中第1列中的“1”代表广角镜头的第一透镜L1靠近光线入射方向的表面，“2”代表第一透镜L1靠近第二透镜L2的表面，“3”代表第二透镜L2靠近第一透镜L1的表面，“4”代表第一透镜L2靠近第三透镜L3的表面……依次类推。

表二

表二中的第1列代表广角镜头的第六透镜L6靠近第七透镜L7的表面，以及第七透镜L7的两个表面为高次非球面，表二中的第2-7列代表高次非球面系数，对应高次非球面方程公式。

表三

以上可知，本实施例的这种广角镜头，能够严格符合CRA要求，公差±0.1°。系统参数具体描述如下：(1)配合0.7inch显示芯片实现了130°视场角，且各个视场对CRA有严格的要求，可根据不同要去进行优化；(2)横向色差小于8um；(3)系统的传递函数在223lp/mm0.3视场以内达到0.6以上，0.8视场在0.3以上；(4)实现可见光波段(450nm-610nm)清晰成像。

实施例五

本实施例中是重点对广角镜头的非球面所做的说明，其他内容参见本发明的其他实施例。本发明的广角镜头，第七透镜L7或第六透镜L6的非球面满足以下非球面方程公式：

其中，z为沿光轴方向的坐标，Y为以透镜长度单位为单位的径向坐标，c＝1/R，c为曲率，R为曲率半径，k为圆锥系数，α_i为各高次项的系数，2i为非球面的高次方，i取自然数。

需要说明的是，优选的是，i＝5或i＝6，i代表最高次项，若i＝6，则表示最高次项为12次，i＝7或i＝8或者更高，则代表多项式最高次项为14次、16次或者更高次，但一般来讲14次、16次或者更高次项对成像质量影响较小，因此优选的，i＝5或i＝6。

实施例六

本实施例中是重点对广角镜头的第一透镜L1至第七透镜L7的焦距所做的说明，其他内容参见本发明的其他实施例。本发明的广角镜头，第一透镜L1的焦距f1为-2.17mm±0.5mm，第二透镜L2的焦距f2为7.2mm±0.5mm，第三透镜L3的焦距f3为3.86mm±0.5mm，第四透镜L4的焦距f4为3.25mm±0.5mm，胶合镜第五透镜L5和第六透镜L6的焦距f56为6.9mm±0.5mm，第七透镜L7的焦距f7为43mm±0.5mm。

需要说明的是，各透镜的焦距可以根据各镜片之间的配合进行调整。

实施例七

本实施例中是重点对广角镜头的系统焦距所做的说明，其他内容参见本发明的其他实施例。本发明的广角镜头，系统焦距F满足以下关系式：1.7445mm/F#2.4。

需要说明的是，#代表number，即F数或称之为光圈数。

实施例八

本实施例中是重点对广角镜头的系统焦距所做的说明，其他内容参见本发明的其他实施例。本发明的广角镜头，第一透镜L1采用BaK2材料制成。从而具有稳定的物理化学性质，能够对整个系统起到保护作用。

综上所述，本发明的广角镜头，首先，广角镜头系统前部分的多个透镜全部采用球面镜片，只将最后一个透镜设为非球面镜片，或者根据系统复杂程度及要求的成像质量要求，仅同时将倒数第二个透镜的最后一面设置为非球面，即在像面前设置非球面，从而既能够避免全部采用非球面镜片的复杂性，又能够实现严格控制CRA，还能够根据不同要求对CRA进行优化，同时能够矫正场曲，使得横向色差小，能够在可见光波段(450nm-610nm)清晰成像，既适用于成像系统，又适用于投影系统。

其次，将光阑设置在第三透镜和第四透镜之间，第三透镜和第四透镜均设置为两个表面均凹向光阑的球面正透镜，使得第四透镜对补偿光阑前透镜带来的相差有积极作用，能够有效校正彗差、垂轴色差和轴外像差等相差；第一透镜采用BaK2材质制成，具有稳定的物理化学性质，能够对整个系统起到保护作用；第五透镜和第六透镜的胶合正透镜能够起到很好的校正色差的作用。

另外，最后一片非球面镜片能够选用注塑成型，且可以采用玻璃或塑料材料，除非球面的镜片表面外，其余球面的镜片表面都容易加工，价格低廉，本发明整体结构为反远距型广角结构，整体结构紧凑，能够实现对各个视场的CRA进行严格要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非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作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种广角镜头，其特征在于，包括沿光线入射方向依次设置的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、光阑(L0)、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)、第六透镜(L6)和第七透镜(L7)；

第一透镜(L1)为两个表面均凸向物方的球面负透镜；

第二透镜(L2)为两个表面均凸向物方的球面正透镜；

第三透镜(L3)为两个表面均凸向物方的球面正透镜；

第四透镜(L4)为两个表面均凸向像方的球面正透镜；

第五透镜(L5)和第六透镜(L6)为胶合正透镜，第五透镜(L5)为球面镜，第六透镜(L6)靠近第五透镜(L5)的表面为球面；

第七透镜(L7)为非球面正透镜。

2.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，第一透镜(L1)的折射率Nd1和阿贝数Vd1分别满足以下关系式:

1.5<Nd1<1.6，55<Vd1<65；

第二透镜(L2)的折射率Nd2和阿贝数Vd2分别满足以下关系式:

1.64<Nd2<1.74，50<Vd2<60；

第三透镜(L3)的折射率Nd3和阿贝数Vd3分别满足以下关系式:

1.6<Nd3<1.7，46<Vd3<56；

第四透镜(L4)的折射率Nd4和阿贝数Vd4分别满足以下关系式:

1.8<Nd4<1.88，41<Vd4<50；

第五透镜(L5)的折射率Nd5和阿贝数Vd5分别满足以下关系式:

1.72<Nd5<1.81，40<Vd5<55，

第六透镜(L6)的折射率Nd6和阿贝数Vd6分别满足以下关系式:

1.7<Nd6<1.78，25<Vd6<40；

第七透镜(L7)的折射率Nd7和阿贝数Vd7分别满足以下关系式:

1.55<Nd7<1.7，50<Vd7<83。

3.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，第六透镜(L6)靠近第七透镜(L7)的表面为球面。

4.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，第六透镜(L6)靠近第七透镜(L7)的表面为非球面。

5.如权利要求1-4中任一项所述的广角镜头，其特征在于，第七透镜(L7)或第六透镜(L6)的非球面满足以下非球面方程公式：

$z=\frac{{\mathrm{CY}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)C^2{Y}^2}}+\underset{i=2}{\overset{N}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_i{Y}^{2i}$

其中，z为沿光轴方向的坐标，Y为以透镜长度单位为单位的径向坐标，c＝1/R，c为曲率，R为曲率半径，k为圆锥系数，α_i为各高次项的系数，2i为非球面的高次方，i取自然数。

6.如权利要求5所述的广角镜头，其特征在于，i＝5或i＝6。

7.如权利要求1-4中任一项所述的广角镜头，其特征在于，第一透镜(L1)的焦距f1为-2.17mm±0.5mm，第二透镜(L2)的焦距f2为7.2mm±0.5mm，第三透镜(L3)的焦距f3为3.86mm±0.5mm，第四透镜(L4)的焦距f4为3.25mm±0.5mm，胶合镜第五透镜(L5)和第六透镜(L6)的焦距f56为6.9mm±0.5mm，第七透镜(L7)的焦距f7为43mm±0.5mm。

8.如权利要求7所述的广角镜头，其特征在于，广角镜头的系统焦距F满足以下关系式：1.7445mm/F#2.4。

9.如权利要求1-4中任一项所述的广角镜头，其特征在于，第七透镜(L7)采用玻璃制成，或采用塑料注塑成型制成。

10.如权利要求1-4中任一项所述的广角镜头，其特征在于，第一透镜(L1)采用BaK2材料制成。