CN106772951B - 一种广角低畸变镜头 - Google Patents

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Abstract

一种广角低畸变镜头，由物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜，其中，第五透镜和第六透镜组成具有正光焦度的胶合透镜。所述第二透镜的物侧为凸面，第二透镜的像侧为凹面，第七透镜的第一面近轴处的物侧为凸面，第七透镜的像侧为凹面。所述广角低畸变镜头的水平半视场角为HFOV，光学总长度为TTL，其满足关系式：|tan(HFOV)/TTL|>0.3。本发明合理分配透镜组和组成各透镜组的光焦度，在达到800万高像素的前提下，能够实现小于4％的低畸变性能。

Description

一种广角低畸变镜头
技术领域
本发明涉及光学系统和器件设计技术领域，具体涉及一种广角低畸变镜头。
背景技术
信息时代的沟通从面对面走上了网络可视，视频会议为企业办公解决了远程管理的一大难题。随着云计算、媒体集成、互联网等技术的发展，视频会议不再局限于大企业和政府，视频会议在中小型企业中的应用也逐渐增多。在视频会议中，摄像设备是非常重要的组成部分，摄像头的选择和应用对视频会议的使用效果影响明显。
现有的视频会议镜头像素低，水平视场角一般在70°左右，宽角度的图像捕捉受限；另外，如中国专利文献号CN 104076490 A所述的镜头，采用十片玻璃透镜，及中国专利文献号CN 106125260 A所述的镜头，采用七片玻璃透镜，不仅不利于小型化，而且使制造成本增加。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种广角低畸变、大光圈、具有自动对焦功能、高像素、重量轻的广角低畸变镜头，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种广角低畸变镜头，其结构特征是由物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜，其中，第五透镜和第六透镜组成具有正光焦度的胶合透镜。
进一步，所述第二透镜的物侧为凸面，第二透镜的像侧为凹面，第七透镜的第一面近轴处的物侧为凸面，第七透镜的像侧为凹面。
进一步，所述广角低畸变镜头的水平半视场角为HFOV，所述广角低畸变镜头的光学总长度为TTL，其满足关系式：|tan(HFOV)/TTL|>0.3；从而实现宽角度图像捕捉性能。
进一步，所述第一透镜的有效焦距为fL1，所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：-5<fL1/f<-7。
进一步，所述第五透镜和第六透镜为玻璃球面透镜；第二透镜、第七透镜为塑胶非球面透镜。
进一步，所述第二透镜的第一面的最大光学有效径处的矢高为SAG21，第二透镜的第二面的最大光学有效径处的矢高为SAG22，第二透镜的中心厚度为CT2，其满足关系式：1.5<SAG21/CT2<3；2<SAG22/CT2<3.5。
进一步，所述第七透镜的第一面的最大光学有效径处的矢高为SAG71，第七透镜的第二面的最大光学有效径处矢高为SAG72，第七透镜的中心厚度为CT7，其满足关系式：0.05<SAG71/CT7<0.4；0.05<SAG72/CT7<0.2。
进一步，所述第二透镜的有效焦距为fL2；所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：-0.4<f/fL2<-0.2。
进一步，所述第七透镜的有效焦距为f7，所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：-0.2<f/fL7<0。
进一步，所述胶合镜片的有效焦距为fB1，所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：4.0<fB1/f<6.0。
进一步，所述第三透镜与第四透镜之间设有光阑。
进一步，所述广角低畸变镜头的最大视场主光线角为CRA，其满足关系式：CRA<10°。
进一步，所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，所述广角低畸变镜头的入瞳直径为D，其满足关系式：1.8<f/D<2。因此，属于大光圈光学系统，可以满足F1.8～F2.2的光圈使用要求。
进一步，所述第五透镜的材料折射率为nd5，第五透镜的材料阿贝数为vd5，第六透镜的材料折射率为nd6，第六透镜的材料阿贝数为vd6，其满足关系式：1.6<nd5<1.65，vd5>60；1.7<nd6<1.86，vd6<30；于是，能够有效的校正系统色差。
本发明涉及一种广角低畸变视频会议镜头，采用七片式结构；由物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜，其中，第五透镜和第六透镜组成具有正光焦度的胶合透镜；在畸变控制上合理分配透镜组和组成各透镜组的光焦度，解决了光学畸变特殊问题，在达到800万高像素的前提下，使本产品能够实现小于4％的低畸变性能。
本发明中的第二透镜的物侧为凸面，第二透镜的像侧为凹面，第七透镜的第一面近轴处的物侧为凸面，第七透镜的像侧为凹面，从而实现本产品在全工作距离范围内，系统光学畸变小于4％。
本发明中的第五透镜和第六透镜为玻璃球面透镜，组成具有正光焦度的胶合透镜，有利于系统色差校正；第二透镜和第七透镜为塑胶非球面透镜，在对畸变像差校正起主要作用；本发明采用玻璃材料和塑胶非球面材料搭配使用，有利于实现低成本这一优势。
本发明中的广角低畸变镜头的最大视场主光线角为CRA，其满足关系式：CRA<10°，故而可兼容多款感光芯片COMS/CCD，应用前景广阔，提升了市场竞争力。
本发明具有自动对焦功能，可以满足在夜视环境下和不同拍摄距离的使用要求，能够根据被拍摄目标的距离，由电路驱动马达移动镜头到相应的位置上，从而使被拍摄目标自动清晰成像。
本发明克服了现有技术的不足，能够实现水平视场角83°的宽角度图像捕捉。本发明采用三片玻璃球面透镜和四片塑胶非球面透镜，不仅使镜头的重量减轻、成本降低，同时可以实现广角、低畸变、大光圈、高像素的效果，而且能够很好的校正轴上和轴外像差，具有优良的光学性能，能够满足不同客户端应用要求。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为第一实施例的调制传递函数(MTF)解析图。
图3为第一实施例的离焦曲线图。
图4为第一实施例的点列图。
图5为第一实施例的场曲畸变图。
图6为第一实施例的物距1000mm离焦曲线图。
图7为第一实施例的物距500mm离焦曲线图。
图8为第二实施例的调制传递函数解析图。
图9为第二实施例的离焦曲线图。
图10为第二实施例的点列图。
图11为第二实施例的场曲畸变图。
图12为第二实施例的物距1000mm离焦曲线图。
图13为第二实施例的物距500mm离焦曲线图。
图14为第三实施例的调制传递函数解析图。
图15为第三实施例的离焦曲线图。
图16为第三实施例的点列图。
图17为第三实施例的场曲畸变图。
图18为第三实施例的物距1000mm离焦曲线图。
图19为第三实施例的物距500mm离焦曲线图。
图中：L1为第一透镜，L2为第二透镜，L3为第三透镜，L4为第四透镜，L5为第五透镜，L6为第六透镜，L7为第七透镜；S1为第一透镜的第一表面，S2为第一透镜的第二表面，S3为第二透镜的第一表面，S4为第二透镜的第二表面，S5为第三透镜的第一表面，S6为第三透镜的第二表面，STOP为光阑面，S8为第四透镜的第一表面，S9为第四透镜的第二表面，S10为第五透镜的第一表面，S11为第五透镜的第二表面或第六透镜的第一表面，S12为第六透镜的第二表面，S13为第七透镜的第一表面，S14为第七透镜的第二表面，S15为保护玻璃的第一表面，S16为保护玻璃的第二表面。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本广角低畸变镜头，由物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜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、具有正光焦度的第四透镜L4、具有正光焦度的第五透镜L5、具有负光焦度的第六透镜L6、具有负光焦度的第七透镜L7，其中，第五透镜L5和第六透镜L6组成具有正光焦度的胶合透镜。通过合理的光焦度分配，使本发明实现低畸变的性能。
所述第二透镜L2的物侧为凸面，第二透镜L2的像侧为凹面，第七透镜L7的第一面近轴处的物侧为凸面，第七透镜L7的像侧为凹面。
所述广角低畸变镜头的水平半视场角为HFOV，所述广角低畸变镜头的光学总长度为TTL，其满足关系式：|tan(HFOV)/TTL|>0.3；以实现宽角度图像捕捉性能。
所述第一透镜L1的有效焦距为fL1，所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：-5<fL1/f<-7。
所述第五透镜L5和第六透镜L6为玻璃球面透镜；第二透镜L2、第七透镜L7为塑胶非球面透镜。采用这样的材料搭配，一是有利于校正色差，二是为了实现重量轻、低成本这一优势。
所述第二透镜L2的第一面的最大光学有效径处的矢高为SAG21，第二透镜L2的第二面的最大光学有效径处的矢高为SAG22，第二透镜L2的中心厚度为CT2，其满足关系式：1.5<SAG21/CT2<3；2<SAG22/CT2<3.5。
所述第七透镜L7的第一面的最大光学有效径处的矢高为SAG71，第七透镜L7的第二面的最大光学有效径处矢高为SAG72，第七透镜L7的中心厚度为CT7，其满足关系式：0.05<SAG71/CT7<0.4；0.05<SAG72/CT7<0.2。
所述第二透镜L2的有效焦距为fL2；所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：-0.4<f/fL2<-0.2。
所述第七透镜L7的有效焦距为f7，所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：-0.2<f/fL7<0。
所述胶合镜片的有效焦距为fB1，所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：4.0<fB1/f<6.0。
所述第三透镜L3与第四透镜L4之间设有光阑。所述广角低畸变镜头的最大视场主光线角为CRA，其满足关系式：CRA<10°。
所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，所述广角低畸变镜头的入瞳直径为D，其满足关系式：1.8<f/D<2。
所述第五透镜L5的材料折射率为nd5，第五透镜L5的材料阿贝数为vd5，第六透镜L6的材料折射率为nd6，第六透镜L6的材料阿贝数为vd6，其满足关系式：1.6<nd5<1.65，vd5>60；1.7<nd6<1.86，vd6<30。
第一实施例
在本实施例中，第一透镜L1、第五透镜L5、第六透镜L6是球面透镜，第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第七透镜L7为非球面透镜。非球面的面形由以下公式决定：
设z轴是光轴，直角坐标系的原点(x，y，z)与非球面的原点重合，且旋转轴与系统的光轴重合，非球面面形可表示为：
Figure BDA0001236565660000051
其中，
Figure BDA0001236565660000052
为光线在非球面上的入射高度，k为圆锥系数，a1，a2，a3，……为高次非球面系数，c是非球面顶点处的曲率。
在本实施例中，广角低畸变镜头的有效焦距，也就是光学系统的焦距为f，有f＝3.5mm，光圈F#为2.0，水平方向视场角HFOV为83°，对角方向视场角DOFV为94°，工作物距为500mm～5000mm。
本实施例的各项基本光学参数如下表所示
fL1 fL2 fL3 fL4 fL5 fL6 fL7 fB1
-12.486 -9.328 10.208 8.898 3.923 5.145 33.007 19.329
Figure BDA0001236565660000053
Figure BDA0001236565660000061
Figure BDA0001236565660000062
表面 A4 A6 A8 A10 A12
S3 2.7299E-3 -3.240E-4 2.7577E-5 -1.237E-6 4.9436E-9
S4 1.9891E-3 -9.129E-4 8.9533E-5 -1E-5 -5.351E-9
S5 1.9 74E-4 7.944E-5 2.518E-5 -2.271E-6 -6.595E-15
S6 2.054E-4 3.2886E-5 -4.954E-6 1.0787E-7 3.43E-15
S8 3.6979E-3 1.414E-4 1.0057E-5 5.7272E-6 -6.188E-15
S9 2.9251E-3 7.7976E-4 -1.497E-4 2.4737E-5 1.9224E-11
S13 -3.688E-3 -3.989E-4 5.6511E-5 -2.97E-6 1.9437E-9
S14 -1.802E-3 -5.476E-4 7.8197E-5 -6.309E-6 1.6676E-7
上述各表中，fL1～fL7依次为各透镜的焦距，fB1为胶合镜片的焦距。
图2至图7依次为本实施例的调制传递函数(MTF)解析图、离焦曲线图、点列图、场曲畸变图、以及工作物距WD＝1000mm、WD＝500mm时的离焦曲线图。从图中可以看出，系统调制传递函数(MTF)在250lp/mm时，中心视场调制传递函数(MTF)>0.38，最大视场调制传递函数(MTF)>0.2满足系统八百万像素要求，同时，系统畸变控制在4％以内。
由此可见，本发明第一实施例所提供的广角低畸变镜头，能够满足系统低畸变和高解析度的要求。
第二实施例
在本实施例中，光学系统的焦距f为3.5mm，F#为2.2，水平方向视场角HFOV为83°，对角方向视场角DFOV为94°，工作物距为500～5000mm。
本实施例的各项基本光学参数如下表所示
fL1 fL2 fL3 fL4 fL5 fL6 fL7 fB1
-12.690 -9.349 11.204 9.224 4.034 -5.992 -34.633 14.79
|tan(HFOV)/TTL| SAG21/CT2 SAG22/CT2 SAG71/CT7 SAG72/CT7
0.339 1.590 2.280 0.110 0.069
fL1/f f/fL2 f/fL fB1/f f/D
-3.626 -0.374 -0.101 4.226 2.2
物距(mm) 5000 1000 500
后焦值 0.695 0.707 0.721
Figure BDA0001236565660000071
Figure BDA0001236565660000072
Figure BDA0001236565660000081
上表中，fL1～fL7依次为各透镜的焦距，fB1为胶合镜片的焦距。
图8至图13依次为本实施例调制传递函数(MTF)解析图、离焦曲线图、点列图、场曲畸变图、以及工作物距为WD＝1000mm、WD＝500mm时的离焦曲线图。从图中可以看出，系统调制传递函数(MTF)在250lp/mm时，中心视场调制传递函数(MTF)>0.5，最大视场调制传递函数(MTF)>0.3满足系统八百万像素要求，同时，系统畸变小于3％，由此可见，本发明第二实施例所提供的广角低畸变镜头，能够满足系统低畸变和高解析度的要求。
其余未述部分见第一实施例，不再赘述。
第三实施例
在本实施例中，光学系统的焦距f为3.5mm，F#为1.8，水平方向视场角HFOV为83°，对角方向视场角DFOV为94°，工作物距为500～5000mm。
本实施例的各项基本光学参数如下表所示:
fL1 fL2 fL3 fL4 fL5 fL6 fL7 fB1
-14.216 -9.405 10.990 7.827 3.902 -5.229 -20.206 17.979
|tan(HFOV)/TTL| SAG21/CT2 SAG22/CT2 SAG71/CT7 SAG72/CT7
0.339 2.137 3.045 0.354 0.083
fL1/f f/fL2 f/fL7 fB1/f f/D
-4.062 -0.372 -0.173 5.137 1.8
物距(mm) 5000 1000 500
后焦值 0.697 0.708 0.722
Figure BDA0001236565660000082
Figure BDA0001236565660000091
表面 A4 A6 A8 A10 A12
S3 2.5710E-3 -3.6530E-4 2.6793E-5 -1.318E-6 4.9436E-9
S4 1.9029E-3 -1.0110E-3 7.5596E-5 -1.1340E-5 -5.351E-9
S5 1.2793E-4 9.6333E-5 1.0379E-5 -1.1060E-6 -6.595E-15
S6 4.9420E-4 1.3327E-4 -1.1200E-5 1.2753E-6 3.43E-15
S8 3.0835E-3 4.9892E-4 -5.5170E-5 1.1507E-5 -6.188E-15
S9 2.4206E-3 4.8081E-4 -3.4340E-5 1.5244E-5 1.9224E-11
S13 -8.1040E-3 -4.4300E-4 6.1521E-5 -4.8290E-6 1.9437E-9
S14 -2.7800E-3 -5.2760E-4 6.8671E-5 -5.7750E-6 1.6676E-7
上表中，fL1～fL7依次为各透镜的焦距，fB1为胶合镜片的焦距。
图14至图19依次为本实施例的调制传递函数(MTF)解析图、离焦曲线图、点列图、场曲畸变图、以及工作物距WD＝1000mm、WD＝500mm时的离焦曲线。从图中可以看出，系统调制传递函数(MTF)在250lp/mm时，中心视场调制传递函数(MTF)>0.4，最大视场调制传递函数(MTF)>0.2，满足系统八百万像素要求，同时，系统畸变控制在4％以内，由此可见，本发明第三实施例所提供的广角低畸变镜头，满足系统低畸变和高解析度的要求。
其余未述部分见第一实施例，不再赘述。
在第一实施例至第三实施例中，各条件式或关系式应该满足下面表格的条件：
项目 第一实施例 第二实施例 第三实施例
|tan(HFOV)/TTL| 0.339 0.339 0.339
SAG21/CT2 1.874 1.590 2.137
SAG22/CT2 2.615 2.280 3.045
SAG71/CT7 0.081 0.110 0.354
SAG72/CT7 0.156 0.069 0.083
fL1/f -3.567 -3.626 -4.062
f/fL2 -0.375 -0.374 -0.372
f/fL7 -0.106 -0.101 -0.173
fB1/f 5.522 4.262 5.137
f/D 2.0 2.2 1.8
nd5 1.62 1.62 1.61
vd5 63.4 63.4 61.0
nd6 1.85 1.85 1.76
vd6 23.8 23.8 27.6
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (13)

1.一种广角低畸变镜头，其特征是由物侧至像侧依次由具有负光焦度的第一透镜(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)、具有正光焦度的第四透镜(L4)、具有正光焦度的第五透镜(L5)、具有负光焦度的第六透镜(L6)、具有负光焦度的第七透镜(L7)组成，其中，第五透镜(L5)和第六透镜(L6)组成具有正光焦度的胶合透镜;
所述广角低畸变镜头的水平半视场角为HFOV，所述广角低畸变镜头的光学总长度为TTL，其满足关系式：|tan(HFOV)/TTL|>0.3。
2.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述第二透镜(L2)的物侧为凸面，第二透镜(L2)的像侧为凹面，第七透镜(L7)的第一面近轴处的物侧为凸面，第七透镜(L7)的像侧为凹面。
3.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述第一透镜(L1)的有效焦距为fL1，所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：-5<fL1/f<-7。
4.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述第五透镜(L5)和第六透镜(L6)为玻璃球面透镜；第二透镜(L2)、第七透镜(L7)为塑胶非球面透镜。
5.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述第二透镜(L2)的第一面的最大光学有效径处的矢高为SAG21，第二透镜(L2)的第二面的最大光学有效径处的矢高为SAG22，第二透镜(L2)的中心厚度为CT2，其满足关系式：1.5<SAG21/CT2<3；2<SAG22/CT2<3.5。
6.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述第七透镜(L7)的第一面的最大光学有效径处的矢高为SAG71，第七透镜(L7)的第二面的最大光学有效径处矢高为SAG72，第七透镜(L7)的中心厚度为CT7，其满足关系式：0.05<SAG71/CT7<0.4；0.05<SAG72/CT7<0.2。
7.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述第二透镜(L2)的有效焦距为fL2；所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：-0.4<f/fL2<-0.2。
8.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述第七透镜(L7)的有效焦距为fL7，所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：-0.2<f/fL7<0。
9.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述胶合透镜的有效焦距为fB1，所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，其满足关系式：4.0<fB1/f<6.0。
10.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述第三透镜(L3)与第四透镜(L4)之间设有光阑。
11.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述广角低畸变镜头的最大视场主光线角为CRA，其满足关系式：CRA<10°。
12.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述广角低畸变镜头的有效焦距为f，所述广角低畸变镜头的入瞳直径为D，其满足关系式：1.8<f/D<2。
13.根据权利要求1所述的广角低畸变镜头，其特征是所述第五透镜(L5)的材料折射率为nd5，第五透镜(L5)的材料阿贝数为vd5，第六透镜(L6)的材料折射率为nd6，第六透镜(L6)的材料阿贝数为vd6，其满足关系式：1.6<nd5<1.65，vd5>60；1.7<nd6<1.86，vd6<30。
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