CN108519660A - 超广角镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超广角镜头，从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，其为凹面朝向成像面的弯月型镜片；具有负光焦度的第二透镜，其为凹面朝向成像面的弯月型镜片；具有负光焦度的第三透镜，其为双凹型镜片；具有正光焦度的第四透镜，其为凸面朝向成像面的镜片；光阑；具有正光焦度的第五透镜，其为双凸型镜片；具有负光焦度的第六透镜，其为双凹型镜片，且第五透镜与第六透镜组成胶合镜片；具有正光焦度的第七透镜，其为双凸型镜片；具有正光焦度的第八透镜，其为双凸型镜片；八片镜片均为玻璃球面镜片。本发明中的超广角镜头，采用八片全玻璃球面镜片，并通过合理搭配各镜片的光焦度组合，达到了温度控制好、日夜共焦等有益效果。

Description

超广角镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，特别涉及一种超广角镜头。
背景技术
近年来，随着高清摄像及监控行业的迅猛发展，会议记录摄像镜头以及监控摄像镜头的需求也越来越大，但无论是会议记录还是摄像监控均要求镜头具备超广拍摄角度，因此超广角镜头得到了广泛运用。
现有技术当中，目前使用的超广角镜头普遍存在总长大、视角偏小、温度控制差、解像品质低、成本高、日夜不共焦等缺陷，无法满足使用要求。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种温度控制好且日夜共焦的超广角镜头。
一种超广角镜头，从物侧到成像面依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜为凹面朝向成像面的弯月型镜片；
具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜为凹面朝向成像面的弯月型镜片；
具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜为双凹型镜片；
具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜为凸面朝向成像面的镜片；
光阑；
具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜为双凸型镜片；
具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜为双凹型镜片，且所述第五透镜与所述第六透镜组成胶合镜片；
具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜为双凸型镜片；
具有正光焦度的第八透镜，所述第八透镜为双凸型镜片；
且各个透镜的光学中心位于同一直线上；
其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜及所述第八透镜均为玻璃球面镜片。
上述超广角镜头，其与现有技术相比，至少具有以下的优点：
(1)本发明中的超广角镜头采用八片玻璃球面镜片，具有较高的使用寿命和稳定性，有效降低镜头加工难度以及制造成本；
(2)本发明中的镜头使用全玻璃球面镜片，使镜头的像差得到有效校正且具有高低温产生焦点漂移量小的优点，可适应不同的温度场合，温度控制好。
(3)本发明中的镜头采用八片全玻璃球面镜片，并通过合理搭配各镜片的光焦度组合，可达到220°以上的超大视场角，且达到日夜共焦的效果，确保白天和黑夜同样能够拍摄高成像质量的图像。
进一步地，所述超广角镜头满足关系式：
15<TL/(h/2)<20；
其中，TL表示整个镜头的光学总长，h表示像面高度。
进一步地，所述超广角镜头满足关系式：
其中，表示所述第一透镜的光焦度，表示整个镜头的光焦度。
进一步地，所述超广角镜头满足关系式：
其中，表示整个镜头的光焦度，表示所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜的组合光焦度，表示所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜及所述第八透镜的组合光焦度。
进一步地，所述超广角镜头满足关系式：
35＜|V5-V6|＜60；
其中，V5表示所述第五透镜的阿贝数，V6表示所述第六透镜的阿贝数。
进一步地，所述超广角镜头满足关系式：
-1.8＜(R15-R16)/(R15+R16)＜-0.7；
其中，R15表示所述第八透镜的物侧面顶点曲率半径，R16表示所述第八透镜的像侧面顶点曲率半径。
进一步地，所述超广角镜头满足关系式：
1.4＜Δh0/Δh89＜2；
其中，Δh0表示0°到1°视场角下的成像大小，Δh89表示89°到90°视场角下的成像大小。
进一步地，所述光阑为中心设有通光孔的滤光纸，所述超广角镜头的每个透镜上均镀设有高透过率的多层膜。
进一步地，所述第八透镜靠近成像面的一侧设有一滤光片。
进一步地，所述滤光片为可见光滤光片和红外光滤光片当中的任意一种。
附图说明
图1a是本发明实施例1当中提供的超广角镜头的结构示意图；
图1b是本发明实施例1当中提供的超广角镜头的场曲曲线图；
图1c是本发明实施例1当中提供的超广角镜头的畸变曲线图；
图1d是本发明实施例1当中提供的超广角镜头在可见光谱的MTF曲线；
图1e是本发明实施例1当中提供的超广角镜头在红外光谱的MTF曲线；
图2a是本发明实施例2当中提供的超广角镜头的结构示意图；
图2b是本发明实施例2当中提供的超广角镜头的场曲曲线图；
图2c是本发明实施例2当中提供的超广角镜头的畸变曲线图；
图2d是本发明实施例2当中提供的超广角镜头在可见光谱的MTF曲线；
图2e是本发明实施例2当中提供的超广角镜头在红外光谱的MTF曲线；
图3a是本发明实施例3当中提供的超广角镜头的结构示意图；
图3b是本发明实施例3当中提供的超广角镜头的场曲曲线图；
图3c是本发明实施例3当中提供的超广角镜头的畸变曲线图；
图3d是本发明实施例3当中提供的超广角镜头在可见光谱的MTF曲线；
图3e是本发明实施例3当中提供的超广角镜头在红外光谱的MTF曲线；
主要元件符号说明：
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参阅图1a，所示为本发明第一实施例中的超广角镜头的结构示意图，从物侧到成像面依次包括具有负光焦度的第一透镜11、具有负光焦度的第二透镜12、具有负光焦度的第三透镜13、具有正光焦度的第四透镜14、一光阑15、具有正光焦度的第五透镜16、具有负光焦度的第六透镜17、具有正光焦度的第七透镜18、具有正光焦度的第八透镜19、一滤光片20及盖玻璃21。
其中，所述第一透镜11为凹面朝向成像面的弯月型镜片，所述第二透12为凹面朝向成像面的弯月型镜片，所述第三透镜13为双凹型镜片，所述第四透14为物侧面为凹面且像侧面为凸面的镜片，所述光阑15为中心设有通光孔的滤光纸，所述第五透镜16为双凸型镜片，所述第六透镜17为双凹型镜片，且所述第五透镜16与所述第六透镜17组成胶合镜片，所述第七透镜18为双凸型镜片，所述第八透镜19为双凸型镜片。所述滤光片20为可见光滤光片或者红外光滤光片当中的任意一种，当选用可见光滤光片时，厚度选用0.3mm，当选用红外光滤光片时，其厚度选用0.21mm，具体可选用红外光850nm滤光片。可以理解的，在本实施例当中，以厚度为0.3mm的滤光片为例，但可以理解的，滤光片的厚度不仅于此，同时，可见光滤光片与红外光滤光片的厚度可以相同，也可不同。
此外，所述第一透镜11、所述第二透镜12、所述第三透镜13、所述第四透镜14、所述第五透镜16、所述第六透镜17、所述第七透镜18及所述第八透镜19均为玻璃球面镜片，且各个透镜的光学中心位于同一直线上，同时所述超广角镜头的每个透镜上均镀设有高透过率的多层膜。同时，所述超广角镜头的每个透镜均采用低色散玻璃材料制作而成。
需要指出的是，所述光阑15的作用在于精确调整通光量。为了在光线较暗的场景下拍到清晰的图片，需要较大的光通量镜头，在此位置设置光阑，有利于控制到达像面的主光线入射角度，可以有效的控制在7±3度以内，更符合芯片的入射要求。同时，所述光阑15采用中心设有通光孔的遮光纸，利用遮光纸做光阑，对镜筒通光孔要求降低，最大程度的保证了加工的精确性，减少加工误差，便于调整。
此外，还需要指出的是，通过在所述第八透镜19后侧设有可见光滤光片或红外光滤光片当中的一个，可见光与红外光分别为昼与夜工作波段，通过滤光片抑制非工作波段光透过，可以有效减少光学系统的色差和杂光，提升成像效果。
其中，为限制镜头的总长，并确保镜头具有足够好的成像品质，所述超广角镜头满足关系式：
15<TL/(h/2)<20；
其中，TL表示整个镜头的光学总长，h表示像面高度。当TL/(h/2)的值超过上限时，镜头的整体总长过长，或者说如果整体缩短总长的情况下，像高会不足；当TL/(h/2)的值超过下限时，由于各透镜的光焦度过大，镜头像差矫正困难，解像能力显著下降。
其中，为在良好的矫正像差的同时提供合适的镜头尺寸，所述超广角镜头满足关系式：
其中，表示第一透镜11的光焦度，表示整个镜头的光焦度。当的值超过上限时，所述第一透镜11的光焦度过强，虽然能够达到快速收光的目的，使系统总长变小，但其产生的象散、场曲、畸变过大，很难矫正，同时所述第一透镜11的曲率半径会缩小，提高加工难度，并增大系统误差；当的值超过下限时，所述第一透镜11的光焦度减弱，上述各种像差相对减小，但其屈光能力下降导致系统加长。
其中，为在良好的矫正像差的同时提供合适的镜头尺寸，所述超广角镜头满足关系式：
其中，表示整个镜头的光焦度，表示第一透镜11、第二透镜12及第三透镜13的组合光焦度，前三透镜组成该超广角镜头的前透镜群，该前透镜群有效地将宽视场角的物面光汇聚进入镜头内，且未产生较大像差。当的值超过上限时，前透镜群的组合光焦度过强，虽然能够使系统总长变小，但其产生的球差过大，很难矫正；当的值超过下限时，该前透镜群光焦度减弱，球差相对减小，但其屈光能力下降导致系统总长加长。
其中，为在良好的矫正像差的同时提供合适的镜头尺寸，所述超广角镜头满足关系式：
其中，表示整个镜头的光焦度，表示第五透镜16、第六透镜17、第七透镜18及第八透镜19的组合光焦度，后四个透镜组成该超广角镜头的后透镜群，该后透镜群的组合光焦度与上述的前透镜群形成呼应，有效的配合前透镜群，并合理去除像差。当的值超过上限时，该后透镜群的光焦度过强，能够使系统总长变小，但其产生的球差、象散、场曲过大，很难矫正；当的值超过下限时，该后透镜群的光焦度减弱，上述像差相对减小，但其屈光能力下降导致系统加长。
其中，为矫正色差，所述超广角镜头满足关系式：
35＜|V5-V6|＜60；
其中，V5表示第五透镜16的阿贝数，V6表示第六透镜17的阿贝数。当|V5-V6|的值超过下限时，色差的矫正不足；当|V5-V6|的值超过上限时，则材料选择困难。
其中，为矫正场曲和畸变，所述超广角镜头满足关系式：
-1.8＜(R15-R16)/(R15+R16)＜-0.7；
其中，R15表示第八透镜19的物侧面顶点曲率半径，R16表示第八透镜19的像侧面顶点曲率半径。上述关系式定义了第八透镜19的形状。当(R15-R16)/(R15+R16)的值超过上限时，所述第八透镜19的畸变会减小，但场曲矫正困难；当(R15-R16)/(R15+R16)的值超过下限时，所述第八透镜19的场曲会减小，但畸变矫正困难。
进一步地，所述超广角镜头满足关系式：
1.4＜Δh0/Δh89＜2；
其中，Δh0表示0°到1°视场角下的成像大小，Δh89表示89°到90°视场角下的成像大小。满足上述关系式，能够使镜头的中心视场单位角度与边缘视场单位角度像高比例达到1.4～2，从而使镜头具有较小的畸变。
请参阅表1，所示为本实施例当中各透镜的设计参数。
表1：
请参阅图1b和图1c，所示为本实施例当中的超广角镜头的场曲与畸变曲线，由图上可以看出，场曲和畸变都被良好矫正。请参阅图1d和图1e，所示为本实施例当中的超广角镜头在可见光谱和850nm红外光谱的MTF曲线，由图上可以看出，本实施例当中的镜头在日夜共焦情况下还具有良好的分辨率及解像能力。
综上，本发明上述实施例当中的超广角镜头，其与现有技术相比，具有以下的优点：
(1)本发明中的超广角镜头采用八片玻璃球面镜片，具有较高的使用寿命和稳定性，有效降低镜头加工难度以及制造成本；
(2)本发明中的镜头使用全玻璃球面镜片，使镜头的像差得到有效校正且具有高低温产生焦点漂移量小的优点，可适应不同的温度场合，温度控制好；
(3)本发明中的镜头采用八片全玻璃球面镜片，并通过合理搭配各镜片的光焦度组合，可达到220°以上的超大视场角，且达到日夜共焦的效果，确保白天和黑夜同样能够拍摄高成像质量的图像；
(4)本发明中的超广角镜头在第八透镜后设置可见光和红外光滤光片其中的一个，达到了可见光与近红外光不焦面漂移的优点；
(5)本发明中的超广角镜头具有畸变小、边缘视场成像变形小的优点，中心视场单位角度与边缘视场单位角度像高比例可达到1.4-2之间；
(6)采用了低色散玻璃材料，有效减小镜头色差，最大程度地减少紫边现象。
实施例2
请参阅图2a，所示为本发明第二实施例当中的超广角镜头结构示意图，本实施例当中的镜头结构与第一实施例当中的大抵相同，不同之处在于：(1)所述第四透镜14是双凸型玻璃球面镜片；(2)本实施例当中的滤光片20可以为可见光滤光片与红外光滤光片当中的任意一种，但本实施例选用的可见光滤光片与红外光滤光片的厚度相同，且均为0.3mm。
请参阅表2，所示为本实施例当中的超广角镜头的各镜片的相关参数。
表2：
请参阅图2b和图2c，所示为本实施例当中的超广角镜头的场曲与畸变曲线，由图上可以看出，场曲和畸变都被良好矫正。请参阅图2d和图2e，所示为本实施例当中的超广角镜头在可见光谱和850nm红外光谱的MTF曲线，由图上可以看出，本实施例当中的镜头在日夜共焦情况下还具有良好的分辨率及解像能力。
实施例3
请参阅图3a，所示为本发明第三实施例当中的超广角镜头结构示意图，本实施例当中的镜头结构与第一实施例当中的大抵相同，不同之处在于：本实施例当中的滤光片20可以为可见光滤光片与红外光滤光片当中的任意一种，但本实施例选用的可见光滤光片与红外光滤光片的厚度相同，且均为0.3mm。
请参阅表3，所示为本实施例提供的超广角镜头的各镜片相关参数。
表3：
请参阅图3b和图3c，所示为本实施例当中的超广角镜头的场曲与畸变曲线，由图上可以看出，场曲和畸变都被良好矫正。请参阅图3d和图3e，所示为本实施例当中的超广角镜头在可见光谱和850nm红外光谱的MTF曲线，由图上可以看出，本实施例当中的镜头在日夜共焦情况下还具有良好的分辨率及解像能力。
请参阅表4，所述为上述三个实施例当中各实施例对应的光学特性，包括超广角镜头的系统焦距f、光圈数F#、系统总长TL和视场角2θ，同时还包括上述每个关系式对应的相关数值。
表4：
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超广角镜头，其特征在于，从物侧到成像面依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜为凹面朝向成像面的弯月型镜片；
具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜为凹面朝向成像面的弯月型镜片；
具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜为双凹型镜片；
具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜为凸面朝向成像面的镜片；
光阑；
具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜为双凸型镜片；
具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜为双凹型镜片，且所述第五透镜与所述第六透镜组成胶合镜片；
具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜为双凸型镜片；
具有正光焦度的第八透镜，所述第八透镜为双凸型镜片；
且各个透镜的光学中心位于同一直线上；
其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜及所述第八透镜均为玻璃球面镜片。
2.根据权利要求1所述的一种超广角镜头，其特征在于，所述超广角镜头满足关系式：
15<TL/(h/2)<20；
其中，TL表示整个镜头的光学总长，h表示像面高度。
3.根据权利要求1所述的一种超广角镜头，其特征在于，所述超广角镜头满足关系式：
其中，表示所述第一透镜的光焦度，表示整个镜头的光焦度。
4.根据权利要求1所述的一种超广角镜头，其特征在于，所述超广角镜头满足关系式：
其中，表示整个镜头的光焦度，表示所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜的组合光焦度，表示所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜及所述第八透镜的组合光焦度。
5.根据权利要求1所述的一种超广角镜头，其特征在于，所述超广角镜头满足关系式：
35＜|V5-V6|＜60；
其中，V5表示所述第五透镜的阿贝数，V6表示所述第六透镜的阿贝数。
6.根据权利要求1所述的一种超广角镜头，其特征在于，所述超广角镜头满足关系式：
-1.8＜(R15-R16)/(R15+R16)＜-0.7；
其中，R15表示所述第八透镜的物侧面顶点曲率半径，R16表示所述第八透镜的像侧面顶点曲率半径。
7.根据权利要求1所述的一种超广角镜头，其特征在于，所述超广角镜头满足关系式：
1.4＜Δh0/Δh89＜2；
其中，Δh0表示0°到1°视场角下的成像大小，Δh89表示89°到90°视场角下的成像大小。
8.根据权利要求1所述的一种超广角镜头，其特征在于，所述光阑为中心设有通光孔的滤光纸，所述超广角镜头的每个透镜上均镀设有高透过率的多层膜。
9.根据权利要求1所述的一种超广角镜头，其特征在于，所述第八透镜靠近成像面的一侧设有一滤光片。
10.根据权利要求9所述的一种超广角镜头，其特征在于，所述滤光片为可见光滤光片和红外光滤光片当中的任意一种。
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