CN108490583B - 高像素广角镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学镜头技术领域，特别是涉及一种高像素广角镜头，从物侧至像侧依次设有：第一透镜1，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第二透镜2，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第三透镜3，其物侧面和像侧面均为凸面；光阑4；第四透镜5，其物侧面和像侧面均为凸面；第五透镜6，其物侧面和像侧面均为凹面；第六透镜7，其物侧面和像侧面均为凸面。本方案中各片透镜采用的的凹、凸组合结构，通过合理地分配光焦度，可以较好地实现像差校正，从而提高成像清晰度。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，特别是涉及一种高像素广角镜头。
背景技术
广角镜头由于视角较宽，能够在较短的拍摄距离范围内，拍摄到较大面积的景物，因此在车载、监控等领域得到广泛运用。然而目前的大部分的广角镜头，其像素较低，仅在100万甚至以下的水平，制作成本高，成品不够轻便，并且市面上的广角镜头的相对照度普遍较低，拍摄画面并不均匀，并且时常出现紫边现象。
发明内容
基于此，有必要针对目前广角镜头像素较低、制作成本高、成品不够轻便、相对照度普遍较低、时常出现紫边现象的问题，提供一种高像素广角镜头。
一种高像素广角镜头，从物侧至像侧依次设有：第一透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第三透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；光阑；第四透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；第五透镜，其物侧面和像侧面均为凹面；第六透镜，其物侧面和像侧面均为凸面。
在其中一个实施例中，所述的第一透镜、第二透镜、第五透镜的焦距为负，所述的第三透镜、第四透镜、第六透镜的焦距为正。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头满足以下关系式：
-10＜f1/f＜-2；
-3＜f2/f6＜-1；
-3＜f3/f5＜-1；
TTL/f≤22；
其中，f为广角镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f6为第六透镜的焦距，TTL为高像素广角镜头的总长。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头满足以下关系式：
Nd1≥1.7；
Nd1－Nd2≥0.2；
Nd3－Nd4≥0.15；
Nd4－Nd5≤0；
其中，Nd1为第一透镜的折射率，Nd2为第二透镜的折射率，Nd3为第三透镜的折射率，Nd4为第四透镜的折射率，Nd5为第五透镜的折射率。
在其中一个实施例中，所述的第一透镜和第三透镜为球面透镜，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均为非球面透镜。
在其中一个实施例中，所述球面透镜为玻璃球面透镜，非球面透镜为塑胶非球面透镜。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头满足以下关系式：
lens2＞50，lens4＞50，lens6＞50；
lens1－lens3≥15；
lens4－lens5≥20；
lens6－lens5≥20；
其中，lens1为第一透镜的色散系数，lens2为第二透镜的色散系数，lens3为第三透镜的色散系数，lens4为第四透镜的色散系数，lens5为第五透镜的色散系数，lens6为第六透镜的色散系数。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头设计光谱范围为435nm～656nm，权重比例为11：23：29：27：10。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头满足以下关系式：
0.2＜(A12+A23+A34+A45+A56)/TTL≤0.5；
(T1+T2+T3+T4+T5+T6)/TTL≤0.7；
BF/TTL≥0.1；
其中，A12为第一透镜与第二透镜之间的空气间隔距离，A23为第二透镜与第三透镜之间的空气间隔距离，A34为第三透镜与第四透镜之间的空气间隔距离，A45为第四透镜与第五透镜之间的空气间隔距离，A56为第五透镜与第六透镜之间的空气间隔距离，BF为第六透镜与感光芯片之间的空气间隔距离，T1为第一透镜的中心厚度，T2为第二透镜的中心厚度，T3为第三透镜的中心厚度，T4为第四透镜的中心厚度，T5为第五透镜的中心厚度，T6为第六透镜的中心厚度，TTL为高像素广角镜头的总长。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头为镜片全分离结构。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、各片透镜采用的凹、凸组合结构，通过合理地分配光焦度，可以较好地实现像差校正，从而提高成像清晰度。
2、本镜头设计时采用435nm～656nm的宽光谱，11:23:29:27:10的权重比例，符合实际成像时各波长光线的成分比例关系，实现了在整个可见光波段具有极好的图像锐利度和高相对照度，整个画面都能均匀、清晰成像，且无紫边现象。
3、本发明具有高像素、低重量、低成本、高照度、无紫边的特点，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明的一个实施例的MTF图；
图3为本发明的一个实施例的相对照度图；
图4为本发明的一个实施例的弥散斑图。
具体实施方式
以下结合图1～图4对本发明的具体实施方式做进一步阐述。
一种高像素广角镜头，从物侧至像侧依次设有：第一透镜1，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第二透镜2，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第三透镜3，其物侧面和像侧面均为凸面；光阑4；第四透镜5，其物侧面和像侧面均为凸面；第五透镜6，其物侧面和像侧面均为凹面；第六透镜7，其物侧面和像侧面均为凸面。本方案中各片透镜采用的凹、凸组合结构，通过合理地分配光焦度，可以实现较好的像差校正性能，从而提高成像清晰度。
可选地，在第六透镜7与感光芯片10之间还可以设置滤光片8，以提高成像效果。
可选地，在第六玻璃7与感光芯片10之间还可以设置保护玻璃9，以保护感光芯片10，防止对感光芯片造成损害。
在其中一个实施例中，所述的第一透镜1、第二透镜2、第五透镜6的焦距为负，所述的第三透镜3、第四透镜5、第六透镜7的焦距为正。
在本实施例中，所述各透镜焦距正、负的组合结构，合理分配了光焦度，有助于提高成像的清晰度。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头满足以下关系式：
-10＜f1/f＜-2；
-3＜f2/f6＜-1；
-3＜f3/f5＜-1；
TTL/f≤22；
其中，f为广角镜头的焦距，f1为第一透镜1的焦距，f2为第二透镜2的焦距，f3为第三透镜3的焦距，f5为第五透镜6的焦距，f6为第六透镜7的焦距，TTL为高像素广角镜头的总长。
在本实施例中，满足上述各片透镜焦距关系的透镜组合结构，可合理分配各个透镜的光焦度，提高成像清晰度，满足200万像素的要求。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头满足以下关系式：
Nd1≥1.7；
Nd1－Nd2≥0.2；
Nd3－Nd4≥0.15；
Nd4－Nd5≤0；
其中，Nd1为第一透镜1的折射率，Nd2为第二透镜2的折射率，Nd3为第三透镜3的折射率，Nd4为第四透镜5的折射率，Nd5为第五透镜6的折射率。
在本实施例中，满足上述各片透镜折射率关系的透镜组合结构，可以实现较好的球差、场曲和像散的校正能力，从而提高成像清晰度，达到高像素的要求。
在其中一个实施例中，所述的第一透镜1和第三透镜3为球面透镜，第二透镜2、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7均为非球面透镜。
在本实施例中，通过优化面型，采用所述2片球面镜以及4片非球面镜的配合方式，合理控制边缘光线折射角度，可以减少边缘光线的损失，使得不同角度的光线到达像面时的锥角大小变化缓慢，从而提高相对照度。
在其中一个实施例中，所述球面透镜为玻璃球面透镜，非球面透镜为塑胶非球面透镜。
在本实施例中，采用玻璃材质的球面透镜，能够提供更高的折射率，且光学透过率高，同时受温度影响较小，具有较高的稳定性；此外，第一透镜1由于直接接触外界，因此采用玻璃材质能够达到更好的耐磨性能，镜头使用寿命更长。采用塑胶材质的非球面透镜，机械强度高，不易破裂，质轻，易于塑造满足要求的非球面透镜，且可降低成本。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头设计时，不设置渐晕，可以提高边缘光线的通过量，从而提高镜头成像的相对照度。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头满足以下关系式：
lens2＞50，lens4＞50，lens6＞50；
lens1－lens3≥15；
lens4－lens5≥20；
lens6－lens5≥20；
其中，lens1为第一透镜1的色散系数，lens2为第二透镜2的色散系数，lens3为第三透镜3的色散系数，lens4为第四透镜5的色散系数，lens5为第五透镜6的色散系数，lens6为第六透镜7的色散系数。
在本实施例中，满足上述各片透镜色散系数关系的透镜组合结构，可以减少短波长的弥散斑，降低短波长光线在像面上的发散程度以及相对其他波长的离散程度，降低色差，防止出现紫边，从而提升整个可见光波段的成像效果。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头设计光谱范围为435nm～656nm，权重比例为11：23：29：27：10。
在本实施例中，本镜头设计时采用435nm～656nm的宽光谱，11：23：29：27：10的权重比例，符合实际成像时各波长光线的成分比例关系，可实现在整个可见光波段具有极好的图像锐利度和高相对照度，整个画面都能均匀、清晰成像，且无紫边现象。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头满足以下关系式：
0.2＜(A12+A23+A34+A45+A56)/TTL≤0.5；
(T1+T2+T3+T4+T5+T6)/TTL≤0.7；
BF/TTL≥0.1；
其中，A12为第一透镜1与第二透镜2之间的空气间隔距离，A23为第二透镜2与第三透镜3之间的空气间隔距离，A34为第三透镜3与第四透镜5之间的空气间隔距离，A45为第四透镜5与第五透镜6之间的空气间隔距离，A56为第五透镜6与第六透镜7之间的空气间隔距离，BF为第六透镜7与感光芯片10之间的空气间隔距离，T1为第一透镜1的中心厚度，T2为第二透镜2的中心厚度，T3为第三透镜3的中心厚度，T4为第四透镜5的中心厚度，T5为第五透镜6的中心厚度，T6为第六透镜7的中心厚度，TTL为高像素广角镜头的总长。
在本实施例中，满足上述尺寸关系的透镜组合结构，可以在保证镜头光学性能的前提下，提高镜头的轻便性，同时降低镜头的加工成本。
在其中一个实施例中，所述高像素广角镜头的各片透镜全分离结构。
在本实施例中，镜头采用各片透镜全分离的结构，避免使用胶合工艺，可降低镜头的加工及装配难度，提高生产效率和良品率，进一步降低生产成本。
一种高像素广角镜头，从物侧至像侧依次设有：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑4、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7、滤光片8、保护玻璃9和感光芯片10；所述的第一透镜1和第三透镜3为玻璃球面透镜，第二透镜2、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7均为塑胶非球面透镜；
所述的第一透镜1朝向物侧的表面为凸面、朝向像侧的表面为凹面；所述的第二透镜2朝向物侧的表面为凸面、朝向像侧的表面为凹面；所述的第三透镜3朝向物侧和朝向像侧的表面均为凸面；所述的第四透镜5朝向物侧和朝向像侧的表面均为凸面；所述的第五透镜6朝向物侧和朝向像侧的表面均为凹面；所述的第六透镜7朝向物侧和朝向像侧的表面均为凸面；
所述的第一透镜1、第二透镜2、第五透镜6的焦距为负，所述的第三透镜3、第四透镜5、第六透镜7的焦距为正；
所述高像素广角镜头的焦距满足以下关系式：
-10＜f1/f＜-2；
-3＜f2/f6＜-1；
-3＜f3/f5＜-1；
TTL/f≤22；
其中，f为广角镜头的焦距，f1为第一透镜1的焦距，f2为第二透镜2的焦距，f3为第三透镜3的焦距，f5为第五透镜6的焦距，f6为第六透镜7的焦距，TTL为高像素广角镜头的总长；
所述高像素广角镜头的折射率满足以下关系式：
Nd1≥1.7；
Nd1－Nd2≥0.2；
Nd3－Nd4≥0.15；
Nd4－Nd5≤0；
其中，Nd1为第一透镜1的折射率，Nd2为第二透镜2的折射率，Nd3为第三透镜3的折射率，Nd4为第四透镜5的折射率，Nd5为第五透镜6的折射率；
所述高像素广角镜头的色散系数满足以下关系式：
lens2＞50，lens4＞50，lens6＞50；
lens1－lens3≥15；
lens4－lens5≥20；
lens6－lens5≥20；
其中，lens1为第一透镜1的色散系数，lens2为第二透镜2的色散系数，lens3为第三透镜3的色散系数，lens4为第四透镜5的色散系数，lens5为第五透镜6的色散系数，lens6为第六透镜7的色散系数；
所述高像素广角镜头的透镜厚度及其空气间隔距离满足以下关系式：
0.2＜(A12+A23+A34+A45+A56)/TTL≤0.5；
(T1+T2+T3+T4+T5+T6)/TTL≤0.7；
BF/TTL≥0.1；
其中，A12为第一透镜1与第二透镜2之间的空气间隔距离，A23为第二透镜2与第三透镜3之间的空气间隔距离，A34为第三透镜3与第四透镜5之间的空气间隔距离，A45为第四透镜5与第五透镜6之间的空气间隔距离，A56为第五透镜6与第六透镜7之间的空气间隔距离，BF为第六透镜7与感光芯片10之间的空气间隔距离，T1为第一透镜1的中心厚度，T2为第二透镜2的中心厚度，T3为第三透镜3的中心厚度，T4为第四透镜5的中心厚度，T5为第五透镜6的中心厚度，T6为第六透镜7的中心厚度，TTL为高像素广角镜头的总长；
所述高像素广角镜头设计时采用435nm～656nm的宽光谱，11：23：29：27：10的权重比例。
在本方案中，通过各透镜的正、负焦距交替组合结构，合理分配各透镜的光焦度，并依据光焦度选择合适折射率和色散系数的材料进行搭配，可以更好地校正球差、场曲、像散及色差，从而达到200万像素级别的要求；
通过使用2片玻璃球面透镜和4片塑胶非球面透镜，可以在保证镜头光学性能的前提下，尽可能减小镜头的重量；在设计镜头时尽量选择种类少的常用塑胶材料，可控制透镜形状以保证易加工性，降低材料及加工方面的成本；镜头采用各片透镜全分离的结构，避免使用胶合工艺，可降低镜头的加工及装配难度提高生产效率和良品率，达到低重量、低成本的要求；
在设计镜头时，不设置渐晕以提高镜头的边缘光线通过量；考虑提升中心视场解像力的同时，对周边视场的像差进行校正，尽量保持整个画面的均匀性；通过合理的结构形式，控制边缘光线的折射角度以减少光线的损失，使得不同视场的光线到达像面时的锥角大小变化缓慢，达到高照度的要求；
由于在镜头设计时，将更短的波长加入到考虑范围内，采用435nm～656nm的宽光谱，11：23：29：27：10的权重比例，符合实际成像时各波长光线的成分比例关系，通过优化使得短波长的弥散斑减小，减小短波长光线在像面上的发散程度及相对其他波长的离散程度，可实现在整个可见光波段具有极好的图像锐利度和高相对照度，提升整个可见光波段的成像效果，达到无紫边的要求。
以下为本发明高像素广角镜头一个具体实施例中的具体参数：
本实施例中，所述高像素广角镜头的焦距f＝1.25mm，相对孔径FNO＝2.0，视场角FOV＝164°，镜头总长TTL＝25mm，各透镜各项具体参数如表1所示：
| 面编号 | 半径R | 厚度 | 折射率Nd | 阿贝数Vd |
| 物面 | Infinity | Infinity | ||
| S1 | 20.75 | 1.25 | 1.79 | 47.5 |
| S2 | 4.96 | 3.60 | ||
| *S3 | 35.51 | 1.80 | 1.54 | 55.7 |
| *S4 | 1.81 | 2.09 | ||
| S5 | 11.07 | 4.10 | 1.74 | 27.8 |
| S6 | -7.73 | 2.98 | ||
| 光阑 | Infinity | 0.26 | ||
| *S8 | 6.04 | 1.51 | 1.54 | 55.7 |
| *S9 | -2.81 | 0.29 | ||
| *S10 | -3.27 | 1.19 | 1.64 | 22.4 |
| *S11 | 4.33 | 0.26 | ||
| *S12 | 3.24 | 2.62 | 1.54 | 55.7 |
| *S13 | -2.79 | 0.40 | ||
| S14(滤光片) | Infinity | 0.30 | 1.52 | 64.2 |
| S15(滤光片) | Infinity | 1.80 | ||
| S16(保护玻璃) | Infinity | 0.40 | 1.52 | 64.2 |
| S17(保护玻璃) | Infinity | 0.12 | ||
| 像面 | Infinity | - |
表1
在表1中，半径R与厚度的单位均为毫米；标记“*”的面表示非球面，非球面的透镜的面型满足以下关系式：
式中，参数c为透镜半径所对应的曲率，y为径向坐标，径向坐标的单位与透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数，详细的非球面相关参数如表2所示：
表2
本实施例的光学性能如图2～图4所示，其中图2为MTF(Modulation TransferFunction)曲线图，用于评价光学系统的综合解像能力，从图2中的曲线可看出，本方案中的高像素广角镜头已经将各种像差校正到满足200万高像素的要求；图3为相对照度图，从图3中可看出，本方案中的高像素广角镜头的相对照度非常高，达到65％，能保证像面图像亮度均匀；图4为弥散斑图，从图4中可看出，所有视场的短波长的光线在像面上的位置都非常集中，由此可以保证色差很小且无紫边现象。
Claims (3)
1.一种高像素广角镜头，其特征在于：从物侧至像侧依次设有：第一透镜(1)，其物侧面(S1)为凸面、像侧面(S2)为凹面；第二透镜(2)，其物侧面(S3)为凸面、像侧面(S4)为凹面；第三透镜(3)，其物侧面(S5)和像侧面(S6)均为凸面；光阑(4)；第四透镜(5)，其物侧面(S8)和像侧面(S9)均为凸面；第五透镜(6)，其物侧面(S10)和像侧面(S11)均为凹面；第六透镜(7)，其物侧面(S12)和像侧面(S13)均为凸面；滤光片(8)，所述滤光片(8)具有物侧面(S14)和像侧面(S15)；保护玻璃(9)，所述保护玻璃(9)具有物侧面(S16)和像侧面(S17)；
所述的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第五透镜(6)的焦距为负，所述的第三透镜(3)、第四透镜(5)、第六透镜(7)的焦距为正；所述的第一透镜(1)和第三透镜(3)为球面透镜，第二透镜(2)、第四透镜(5)、第五透镜(6)、第六透镜(7)均为非球面透镜；
所述高像素广角镜头设计光谱范围为435nm～656nm，权重比例为11：23：29：27：10；
所述高像素广角镜头的焦距f＝1.25mm，相对孔径FNO＝2.0，视场角FOV＝164°，镜头总长TTL＝25mm；
所述高像素广角镜头满足：
2.根据权利要求1所述的高像素广角镜头，其特征在于：所述球面透镜为玻璃球面透镜，非球面透镜为塑胶非球面透镜。
3.根据权利要求1所述的高像素广角镜头，其特征在于：所述高像素广角镜头的各片透镜全分离结构。
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