CN107065146B - 一种智能家居用广角镜头系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能家居用广角镜头系统，包括第一透镜组、第二透镜组；第一透镜组和第二透镜组之间设置有光阑；第一透镜组由第一透镜和第二透镜组成；第二透镜组由第三透镜、第四透镜和第五透镜组成；其中，第四透镜和第五透镜相互粘合形成胶合透镜；第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜依序同轴设置于物面与像面之间；第一透镜为具有负光焦度且凸面朝向物面的弯月透镜；第二透镜为具有正光焦度的双凸透镜；第三透镜为具有正光焦度且凸面朝向像面的弯月透镜；第四透镜具有正光焦度，第五透镜具有负光焦度。本发明为五片球面玻璃镜片设计，实现至对角拍照最大角度150度，具有视场角大、拍摄范围广的优点，有利于减少拍摄死角。
Description
技术领域
本发明涉及一种镜头，尤其涉及一种智能家居用广角镜头系统，属于光学成像技术领域。
背景技术
智能家居是指通过物联网技术将家中的各种设备连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，还兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，可提供全方位的信息交互功能，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
实现智能家居的一个技术重点是图像采集，而图像采集最关键的元件在于成像镜头。目前市面上用于智能家居的镜头视场角均偏小，分辨率较低，成像尺寸亦不够大，导致拍摄时存在诸多死角，影像偏暗、偏糊等现象，从而造成拍摄不便。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种智能家居用广角镜头系统。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种智能家居用广角镜头系统，该系统仅具有两个透镜组，分别为具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组；第一透镜组和第二透镜组之间设置有光阑，以限制光在经过第一镜头组进入第二镜头组时的光通量；第一透镜组由第一透镜和第二透镜组成，用于以最大视场角接收外界光线，并修正部分像差；第二透镜组由第三透镜、第四透镜和第五透镜组成，用于接收第一透镜组的光线，并将光线汇聚到像面上；其中，第四透镜和第五透镜相互粘合形成具有正光焦度的胶合透镜；
第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜依序同轴设置于物面与像面之间；第一透镜为具有负光焦度且凸面朝向物面的弯月透镜；第二透镜为具有正光焦度的双凸透镜；第三透镜为具有正光焦度且凸面朝向像面的弯月透镜；第四透镜具有正光焦度，第五透镜具有负光焦度；
广角镜头的整个光学系统焦距为f，第一透镜组的组合焦距为f1-2，第二透镜组的组合焦距为f3-5；第一透镜、第二透镜、第三透镜的焦距分别为f1、f2、f3；第四透镜和第五透镜形成的胶合透镜的整体焦距为f4-5；
第一透镜组、第二透镜组、第一透镜、第二透镜、第三透镜、胶合透镜的焦距范围依次为：
4<|f1-2|/f<6；
1<|f3-5|/f<2.5；
1<|f1|/f<2；
2<|f2|/f<3；
3<|f3|/f<4.5；
2.5<|f4-5|/f<3.5。
第五透镜与像面之间设置有滤光片；滤光片与像面之间设置有保护玻璃。
第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜均为玻璃球面镜片。
广角镜头系统的长度TTL与整个光学系统焦距值f满足TTL/f≤6。
广角镜头系统的长度TTL≤17mm。
第一透镜的折射率Nd为1.6<Nd<1.8，色散率Vd为48<Vd<50；
第二透镜的折射率Nd为1.7<Nd<2.0，色散率Vd为22<Vd<24；
第三透镜的折射率Nd为1.7<Nd<2.0，色散率Vd为39<Vd<41；
第四透镜的折射率Nd为1.6<Nd<1.8，色散率Vd为48<Vd<50；
第五透镜的折射率Nd为1.8<Nd<2.0，色散率Vd为19<Vd<21。
本发明与现有技术相比，存在以下优势：五片球面玻璃镜片设计，可以实现至对角拍照最大角度150度，具有视场角较大、拍摄范围广的优点，有利于减少拍摄时存在的死角；结构简单紧凑、透镜数量少，适应于智能家居用广角镜头的小型化设计，有利于降低镜头的生产成本。
附图说明
图1为本发明的系统组成结构图。
图2为光线从实施例一进入的路径图。
图3为实施例一在0.1至0.4视场的MTF解像曲线图。
图4为实施例一在0.5至0.9视场的MTF解像曲线图。
图5为实施例一在1.0视场的MTF解像曲线图。
图6为实施例一的球差图。
图7为实施例一的像散曲线图。
图8为实施例一的光学畸变图。
图中：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、第五透镜；6、光阑；7、滤光片；8、保护玻璃；9、像面；10、物面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明包括第一透镜组、第二透镜组；第一透镜组和第二透镜组之间设置有光阑6，以限制在经过第一镜头组进入第二镜头组时光学的光通量；第五透镜5与像面9之间设置有滤光片7，可滤掉设计波段外的杂光，以实现最佳的成像效果；滤光片7与像面9之间设置有保护玻璃8。
第一透镜组由第一透镜1和第二透镜2组成，第一透镜组具有负光焦度，可以最大视场角接收外界光线，并修正部分像差；第二透镜组由第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5组成，第二透镜组具有正光焦度，用于接收第一透镜组的光线，并将光线汇聚到像平面上；其中，第四透镜4和第五透镜5相互粘合形成具有正光焦度的胶合透镜；第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5依序同轴设置于物面10与像面9之间；
将广角镜头的整个光学系统焦距表示为f，第一透镜组的组合焦距表示为f1-2，第二透镜组的组合焦距表示为f3-5；则本光学系统满足下述条件：
1)4<|f1-2|/f<6；
2)1<|f3-5|/f<2.5。
对于上述条件1)，可限制第一透镜组具有负光焦度，对光线起发散作用，主要用于接收较大角度范围的光线。当|f1-2|/f小于下限4时，第一透镜需要具有相对较小的曲率半径，会增大镜片的面张角，不利于加工生产，而且会使周边成像时的影像畸变增大；而当|f1-2|/f大于上限6时，会降低系统的视场角，这样必须通过增大镜片的有效径来保证视场角，从而会加大镜头的尺寸，不利于镜头的小型化设计初衷。
对于上述条件2)，第二透镜组具有正光焦度，主要用于将经过第一透镜组的光线汇聚到像面上平衡像差。当|f3-5|/f大于上限2.5时，会增大系统的高级像差，影响成像质量；当|f3-5|/f小于下限1时，系统畸变将很难校正，并导致成像周边影像的光亮度下降。
第一透镜1为具有负光焦度且凸面朝向物面10的弯月透镜；第二透镜2为具有正光焦度的双凸透镜；第三透镜3为具有正光焦度且凸面朝向像面9的弯月透镜；第四透镜4具有正光焦度，第五透镜5具有负光焦度；
将第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3的焦距分别表示为f1、f2、f3；将第四透镜4和第五透镜5形成的胶合透镜的整体焦距表示为f4-5；则本光学系统还需满足以下条件：
3)1<|f1|/f<2；
4)2<|f2|/f<3；
5)3<|f3|/f<4.5；
6)2.5<|f4-5|/f<3.5。
本发明采用五片全玻璃材质镜片，具有良好的像差特性，视场角最高可达150度。同时所有透镜都采用球面设计，具有成像质量好，加工难度低、生产成本较低的优点。
广角镜头系统的长度TTL与整个光学系统焦距值f满足TTL/f≤6。广角镜头系统的长度TTL≤17mm。
第一透镜1采用高折射率低色散材料，能有效导入大视角的光线，减小第一透镜1的口径，在保证广角镜头小型化的同时改善广角镜头的色差，使其折射率Nd满足1.6<Nd<1.8，色散率Vd满足48<Vd<50；第二透镜2采用高折射率高色散材料，能快速汇聚经过第一透镜1的光线，并补偿色像差，折射率Nd为1.7<Nd<2.0，色散率Vd为22<Vd<24；第三透镜3采用高折射率低色散材料，折射率Nd为1.7<Nd<2.0，色散率Vd为39<Vd<41；第四透镜4采用高折射率低色散材料，折射率Nd为1.6<Nd<1.8，色散率Vd为48<Vd<50；第五透镜5采用高折射率高色散材料，折射率Nd为1.8<Nd<2.0，色散率Vd为19<Vd<21。第四透镜4、第五透镜5形成的胶合透镜组可以使色差相互补偿，实现最小色差的同时减小球差。
下面通过一项具体实施例对本发明的光学性能作进一步详细的说明。
实施例一：
镜头系统的有效焦距f为2.92mm，光圈值FNO为2.8，视场角为150度，光学总长TTL＝17mm，具体光学参数见表1：
表1
本实施中，|f1-2|/f＝4.61，|f3-5|/f＝1.55，|f1|/f＝1.21，|f2|/f＝2.58，|f3|/f＝3.81，|f4-5|/f＝2.93，满足条件1)-6)的要求。
图2展示了光线从本实施例中进入的路径图。下面通过具体实验对本发明的光学性能进行验证。
(1)本实施例在不同视场(FIELD)的MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)解像曲线分别如图3、图4、图5所示，其中，横坐标表示线对/每毫米(lp/mm)的空间频率，纵坐标表示MTF值。图中，DIFFRACTION MTF表示衍射MTF、DIFFRACTION LIMIT表示衍射极限、AXIS表示中心轴、WAVELENGTH表示波长、WEIGHT表示权重。从图3-5中可以看出，本实施例在140lp/mm的空间频率内展现了较好的对比度，可以表明本实施例的综合解像水平较高。
(2)本实施例的球差图如图6所示，图中展示了五种不同颜色光谱的纵向球差值。其中，LONGITUDINAL SPHERICAL ABER表示纵向球差值，FOCUS(MILLIMETERS)表示调焦(mm)。该图可在一定程度上反应广角镜头的光学畸变水平。
(3)本实施例的像散曲线图如图7所示。其中，ASTIGMATIC FIELD CURVES表示像散曲线，IMG HT表示像高，FOCUS(MILLIMETERS)表示调焦(mm)。从图中可以看出，本实施例的像散程度较轻，可控制在0.05以内，可在一定程度上反应本实施例具有较低的光学畸变水平。
(4)本实施例的光学畸变(DISTORTION)图如图8所示。从图中可以看出，全球面设计在全视场3.01的像高时，最大畸变仅为-60％，表明本实施例在作为智能家居用广角镜头使用时，具有比较低的最大畸变率，其光学性能较佳。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种智能家居用广角镜头系统，其特征在于：该系统仅具有两个透镜组，分别为具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组；所述第一透镜组和第二透镜组之间设置有光阑(6)，以限制光在经过第一镜头组进入第二镜头组时的光通量；所述第一透镜组由第一透镜(1)和第二透镜(2)组成，用于以最大视场角接收外界光线，并修正部分像差；所述第二透镜组由第三透镜(3)、第四透镜(4)和第五透镜(5)组成，用于接收第一透镜组的光线，并将光线汇聚到像面(9)上；其中，第四透镜(4)和第五透镜(5)相互粘合形成具有正光焦度的胶合透镜；
所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)依序同轴设置于物面(10)与像面(9)之间；所述第一透镜(1)为具有负光焦度且凸面朝向物面(10)的弯月透镜；所述第二透镜(2)为具有正光焦度的双凸透镜；所述第三透镜(3)为具有正光焦度且凸面朝向像面(9)的弯月透镜；所述第四透镜(4)具有正光焦度，所述第五透镜(5)具有负光焦度；
所述广角镜头的整个光学系统焦距为f，第一透镜组的组合焦距为f1-2，第二透镜组的组合焦距为f3-5；所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)的焦距分别为f1、f2、f3；所述第四透镜(4)和第五透镜(5)形成的胶合透镜的整体焦距为f4-5；
所述第一透镜组、第二透镜组、第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、胶合透镜的焦距范围依次为：
4<|f1-2|/f<6；
1<|f3-5|/f<2.5；
1<|f1|/f<2；
2<|f2|/f<3；
3<|f3|/f<4.5；
2.5<|f4-5|/f<3.5。
2.根据权利要求1所述的智能家居用广角镜头系统，其特征在于：所述第五透镜(5)与像面(9)之间设置有滤光片(7)；所述滤光片(7)与像面(9)之间设置有保护玻璃(8)。
3.根据权利要求1所述的智能家居用广角镜头系统，其特征在于：所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)均为玻璃球面镜片。
4.根据权利要求1所述的智能家居用广角镜头系统，其特征在于：所述广角镜头系统的长度TTL与整个光学系统焦距值f满足TTL/f≤6。
5.根据权利要求4所述的智能家居用广角镜头系统，其特征在于：所述广角镜头系统的长度TTL≤17mm。
6.根据权利要求1或3所述的智能家居用广角镜头系统，其特征在于：
所述第一透镜的折射率Nd为1.6<Nd<1.8，色散率Vd为48<Vd<50；
所述第二透镜的折射率Nd为1.7<Nd<2.0，色散率Vd为22<Vd<24；
所述第三透镜的折射率Nd为1.7<Nd<2.0，色散率Vd为39<Vd<41；
所述第四透镜的折射率Nd为1.6<Nd<1.8，色散率Vd为48<Vd<50；
所述第五透镜的折射率Nd为1.8<Nd<2.0，色散率Vd为19<Vd<21。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Wide Angle Lens System for Smart Home Effective date of registration: 20231007 Granted publication date: 20220712 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Weihai Branch Pledgor: WEIHAI JIARUI OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980059987 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |