CN108717227B - 一种超广角镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超广角镜头，镜筒内由物侧至像侧依次设置有光焦度依序为负、负、正、负、正、负、正及正的第一透镜至第八透镜共8个透镜，第一透镜、第二透镜和第三透镜为第一透镜组，第四透镜至第八透镜为第二透镜组，第一透镜组的焦距与第二透镜组的焦距之比大于3。其中第四透镜为双凹透镜，第五透镜为双凸透镜，第六透镜为凸面朝向所述像侧的弯月形非球面透镜；第六透镜的材料为紫外固化胶；第四透镜、第五透镜和第六透镜组成一个凸面朝向像侧的胶合透镜。本发明通过8片镜片组成的玻塑混合光学结构，利用紫外固化胶水做成非球面透镜，解决了镜头视场角不够大、光学总长偏大、像平面主光线入射角偏大等技术难题。

Description

一种超广角镜头
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种超广角镜头。
背景技术
近年来，安防领域方面，随着图像传感器技术的不断创新，图像画质也在不断提高，市场对安防监控镜头的解像力、光圈等要求也是越来越高，比如对应1/1.8”图像传感器的水平视场角≥110°，F/#(即F数)要求1.8以下、解像力要求4K极清、成像要求消紫边。专利号CN107526155A所公开的镜头，采用4个玻璃透镜和3个塑料透镜的架构，其对角线视场角在120°左右，不满足视场角要大于等于140°的要求，且像平面主光线入射角(即CRA)偏大。专利号CN107367828A所公开的镜头，采用5个玻璃透镜和3个塑料透镜的架构，光学总长较大，很难控制到28mm以内。
发明内容
本发明的目的是提供一种超广角镜头，以解决现有技术中超广角镜头的水平视场角偏小且光学总长偏大的问题。
一种超广角镜头，镜筒内由物侧至像侧依次设置有第一透镜组和第二透镜组；所述第一透镜组的焦距与所述第二透镜组的焦距之比大于3；
所述第一透镜组由所述物侧至所述像侧依次设置有第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述第一透镜的光焦度为负，所述第二透镜的光焦度为负，所述第三透镜的光焦度为正；
所述第二透镜组由所述物侧至所述像侧依次设置有第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；所述第四透镜的光焦度为负，所述第五透镜的光焦度为正，所述第六透镜的光焦度为负，所述第七透镜的光焦度为正，所述第八透镜的光焦度为正；
所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为凸面朝向所述像侧的弯月形非球面透镜；所述第六透镜的材料为紫外固化胶；所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜组成一个凸面朝向所述像侧的胶合透镜。
可选的，所述第一透镜为凸面朝向所述物侧的弯月形透镜，所述第二透镜为双凹透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凸透镜。
可选的，所述第一透镜的折射率大于等于1.70，阿贝数大于等于40；所述第二透镜的折射率小于等于1.65，阿贝数小于等于30；所述第三透镜的折射率大于等于1.85，阿贝数小于等于25；所述第四透镜的折射率大于等于1.85，阿贝数小于等于25；所述第五透镜的折射率小于等于1.65，阿贝数大于等于55；所述第七透镜的折射率小于等于1.60，阿贝数大于等于50；所述第八透镜的折射率小于等于1.60，阿贝数大于等于50。
可选的，所述第四透镜的折射率与所述第五透镜的折射率的差值大于等于0.25，所述第四透镜的阿贝数与所述第五透镜的阿贝数的差值大于等于30。
可选的，所述第二透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜为非球面透镜；
所述第二透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜的面型满足公式(1)，
式中，z为沿着光轴方向的矢高，r为非球面透镜的光学表面上一点到光轴的距离，c为该光学表面的曲率，k为该光学表面的二次曲面常数，α1为2阶的非球面系数，α2为4阶的非球面系数，α3为6阶的非球面系数，α4为8阶的非球面系数，α5为10阶的非球面系数，α6为12阶的非球面系数，α7为14阶的非球面系数，α8为16阶的非球面系数。
可选的，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的材料为玻璃；所述第二透镜、所述第七透镜和所述第八透镜的材料为塑料。
可选的，所述超广角镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述第三透镜和所述第四透镜之间。
可选的，所述超广角镜头还包括滤光片，所述滤光片设置于所述第八透镜和所述像侧之间，所述滤光片为红外截止滤光片。
可选的，所述滤光片与所述第八透镜的间距为0.5毫米。
可选的，所述紫外固化胶水的折射率与入射光波长之间的关系在25℃下满足公式(2)：
其中，n表示折射率；λ表示入射光波长，λ单位为纳米。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的超广角镜头，镜筒内由物侧至像侧依次设置有光焦度依序为负、负、正、负、正、负、正及正的第一透镜至第八透镜共8个透镜，第一透镜、第二透镜和第三透镜为第一透镜组，第四透镜至第八透镜为第二透镜组，第一透镜组的焦距与第二透镜组的焦距之比大于3。其中第四透镜为双凹透镜，第五透镜为双凸透镜，第六透镜为凸面朝向所述像侧的弯月形非球面透镜；第六透镜的材料为紫外固化胶；第四透镜、第五透镜和第六透镜组成一个凸面朝向像侧的胶合透镜。本发明通过8片镜片组成的玻塑混合光学结构，利用紫外固化胶水做成非球面透镜，解决了镜头视场角不够大、光学总长偏大、像平面主光线入射角偏大等技术难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的超广角镜头实施例的结构示意图；
图2为本发明具体实施例中的超广角镜头在436nm至656nm可见光波段下的点列图；
图3为本发明具体实施例中的超广角镜头在436nm至656nm可见光波段下的MTF曲线图；
图4为本发明具体实施例中的超广角镜头在436nm至656nm可见光波段下的场曲/畸变曲线图；
图5为本发明具体实施例中的超广角镜头在436nm至656nm可见光波段下的相对照度曲线图；
图6为本发明具体实施例中的超广角镜头在436nm至656nm可见光波段下的离焦MTF曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种超广角镜头，以解决现有技术中超广角镜头的水平视场角偏小且光学总长偏大的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
图1为本发明所提供的超广角镜头实施例的结构示意图，如图1所示，一种超广角镜头，镜筒内由物侧至像侧依次设置有第一透镜组和第二透镜组；第一透镜组的焦距与第二透镜组的焦距之比大于3；
第一透镜组由物侧至像侧11依次设置有第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3；第一透镜1的光焦度为负，第二透镜2的光焦度为负，第三透镜3的光焦度为正；
第二透镜组由物侧至像侧11依次设置有第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8和第八透镜9；第四透镜5的光焦度为负，第五透镜6的光焦度为正，第六透镜7的光焦度为负，第七透镜8的光焦度为正，第八透镜9的光焦度为正；
第四透镜5为双凹透镜，第五透镜6为双凸透镜，第六透镜7为凸面朝向像侧11的弯月形非球面透镜；第六透镜7的材料为紫外固化胶；第四透镜5、第五透镜6和第六透镜7组成一个凸面朝向像侧11的胶合透镜。第五透镜6与第六透镜7胶合在一起，制作第六透镜7的方法是将液体状态的紫外固化胶水滴入非球面模具中，然后将第五透镜6扣入非球面模具中，监控第六透镜7的中心厚度TC及整体的偏心量，在公差范围内就进行紫外固化、脱模及消应力处理，得到第六透镜7。
在实际应用中，第一透镜1为凸面朝向物侧的弯月形透镜，第二透镜2为双凹透镜，第三透镜3为双凸透镜，第七透镜8为双凸透镜，第八透镜9为双凸透镜。
在实际应用中，第一透镜1为高折射率、低色散的弯月形玻璃透镜，第一透镜1的折射率大于等于1.70，阿贝数大于等于40；第二透镜2为低折射率、高色散的双凹形塑料非球面透镜，第二透镜2的折射率小于等于1.65，阿贝数小于等于30；第三透镜3为高折射率、高色散的双凸形玻璃透镜，第三透镜3的折射率大于等于1.85，阿贝数小于等于25；第四透镜5为高折射率、高色散的双凹形玻璃透镜，第四透镜5的折射率大于等于1.85，阿贝数小于等于25；第五透镜6为低折射率、高色散的双凸形玻璃透镜，第五透镜6的折射率小于等于1.65，阿贝数大于等于55；第七透镜8为低折射率、高色散的双凸形塑料非球面透镜，第七透镜8的折射率小于等于1.60，阿贝数大于等于50；第八透镜9为低折射率、高色散的双凸形塑料非球面透镜，第八透镜9的折射率小于等于1.60，阿贝数大于等于50。
在实际应用中，第四透镜5的折射率与第五透镜6的折射率的差值大于等于0.25，第四透镜5的阿贝数与第五透镜6的阿贝数的差值大于等于30。
在实际应用中，第二透镜2、第六透镜7、第七透镜8和第八透镜9为非球面透镜；第二透镜2、第六透镜7、第七透镜8和第八透镜9的面型满足公式(1)，
式中，z为沿着光轴方向的矢高，r为非球面透镜的光学表面上一点到光轴的距离，c为该光学表面的曲率，k为该光学表面的二次曲面常数，α1为2阶的非球面系数，α2为4阶的非球面系数，α3为6阶的非球面系数，α4为8阶的非球面系数，α5为10阶的非球面系数，α6为12阶的非球面系数，α7为14阶的非球面系数，α8为16阶的非球面系数。
在实际应用中，第一透镜1、第三透镜3、第四透镜5和第五透镜6的材料为玻璃；第二透镜2、第七透镜8和第八透镜9的材料为塑料。超广角镜头还包括光阑4，光阑4设置于第三透镜3和第四透镜5之间。超广角镜头还包括滤光片10，滤光片设置于第八透镜9和像侧11之间，滤光片为红外截止滤光片。红外截止滤光片具体的可以包括蓝玻璃滤光片，红外截止滤光片对可见光波段的光谱反射率低，其余波段截止。滤光片与第八透镜9的间距为0.5毫米。
紫外固化胶水的折射率与入射光波长之间的关系在25℃下满足公式(2)：
其中，n表示折射率；λ表示入射光波长，λ单位为纳米。
本实施例中的超广角镜头，通过低折射率、低色散的镜片搭配高折射率、高色散的镜片校正了成像的像差和色差，通过8片镜片组成的玻塑混合光学结构，利用紫外固化胶水做成非球面透镜，解决了镜头视场角不够大、光学总长偏大、像平面主光线入射角偏大等技术难题。
在此提供本发明超广角镜头的一个具体实施例，令第一透镜1靠近物侧和靠近像侧11的光学面的面序号分别为1和2，令第二透镜2靠近物侧和靠近像侧11的光学面的面序号分别为3和4，令第三透镜3靠近物侧和靠近像侧11的光学面的面序号分别为5和6，令第四透镜5靠近物侧和靠近像侧11的光学面的面序号分别为8和9，令第五透镜6靠近物侧和靠近像侧11的光学面的面序号分别为9和10，令第六透镜7靠近物侧和靠近像侧11的光学面的面序号分别为10和11，令第七透镜8靠近物侧和靠近像侧11的光学面的面序号分别为12和13，令第八透镜9靠近物侧和靠近像侧11的光学面的面序号分别为14和15。
本发明的具体实施例的超广角镜头的感光成像芯片采用SONY的IMX334LQR，各透镜各面的优选参数值见下表：
非球面面形的参数见下表：
该具体实施例中的超广角镜头中第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3互相之间的边缘间隔要大于0，避免结构干涉。第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9之间的间距都至少为0.07mm，以避免镜片中心相碰。经测量，该具体实施例中的超广角镜头在光谱透过率方面，对g光(436nm)和F，e，d，C光(486nm，546nm，588nm，656nm)均有优良的透过性，且进行了像差、色差校正，解决了可见光波段成像的紫边问题。有效焦距(即EFL)＝4.40mm，相对孔径(FNO)＝1.6，视场角(FOV)＝139.4°，光学总长(TTL)＝28.01mm，像平面主光线入射角(CRA)≤10°。
图2为本发明具体实施例中的超广角镜头在436nm至656nm可见光波段下的点列图。如图2所示，其中波长取g光(436nm)、F光(486nm)、e光(546nm)，d光(588nm)及C光(656nm)五个波长，权重比为3:7:10:8:3。由图2可知，各个视场下的弥散斑比较集中，分布也比较均匀。同时，没有出现某个视场下的弥散斑随波长而上下分离得很开的现象，说明紫边消得较好；全视场角110°对应的像高为7.728mm，而IMX334LQR水平方向有效像素个数为3864，单个像素大小为2.0μm×2.0μm，如此说明对应这款图像传感器，镜头的水平方向角度达到了110°。
图3为本发明具体实施例中的超广角镜头在436nm至656nm可见光波段下的MTF曲线图。如图3所示，MTF曲线图代表了一个光学系统的综合解像水平，由图3可知，中心300lp/mm处的MTF值＞0.3，边缘200lp/mm处的MTF值＞0.2，该超广角镜头基本达到4K解像力水准。
图4为本发明具体实施例中的超广角镜头在436nm至656nm可见光波段下的场曲/畸变曲线图。如图4所示，畸变曲线图表示不同视场角情况下的F-Tan(theta)畸变大小值。由图4可见，光学畸变为桶形畸变，其绝对值≤61.31％。
图5为本发明具体实施例中的超广角镜头在436nm至656nm可见光波段下的相对照度曲线图。由图5可知，相对照度曲线下降平滑，最大视场下的相对照度值＞0.35，该超广角镜头成像画面比较明亮。
图6为本发明具体实施例中的超广角镜头在436nm至656nm可见光波段下的离焦MTF曲线图。空间频率取的是125lp/mm，离焦范围为-0.03mm至0.03mm，该图可以反映场曲校正的程度。当一个系统存在场曲，其结果是中心和周边不能够同步清晰，即视场中心调至最清晰时，边缘却不够清晰；需要通过回调降低视场中心的清晰度来让视场边缘清晰一些。由图6可见，该超广角镜头场曲校正得较好。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种超广角镜头，其特征在于，镜筒内由物侧至像侧依次设置有第一透镜组和第二透镜组和滤光片；所述第一透镜组的焦距与所述第二透镜组的焦距之比大于3；
所述第一透镜组由第一透镜、第二透镜和第三透镜组成，所述第一透镜组由所述物侧至所述像侧依次设置有第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述第一透镜的光焦度为负，所述第二透镜的光焦度为负，所述第三透镜的光焦度为正；
所述第二透镜组由第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜组成，所述第二透镜组由所述物侧至所述像侧依次设置有第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，所述滤光片设置于所述第八透镜和所述像侧之间；所述第四透镜的光焦度为负，所述第五透镜的光焦度为正，所述第六透镜的光焦度为负，所述第七透镜的光焦度为正，所述第八透镜的光焦度为正；
所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为凸面朝向所述像侧的弯月形非球面透镜；所述第六透镜的材料为紫外固化胶；所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜组成一个凸面朝向所述像侧的胶合透镜。
2.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，
所述第一透镜为凸面朝向所述物侧的弯月形透镜，所述第二透镜为双凹透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凸透镜。
3.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，
所述第一透镜的折射率大于等于1.70，阿贝数大于等于40；所述第二透镜的折射率小于等于1.65，阿贝数小于等于30；所述第三透镜的折射率大于等于1.85，阿贝数小于等于25；所述第四透镜的折射率大于等于1.85，阿贝数小于等于25；所述第五透镜的折射率小于等于1.65，阿贝数大于等于55；所述第七透镜的折射率小于等于1.60，阿贝数大于等于50；所述第八透镜的折射率小于等于1.60，阿贝数大于等于50。
4.根据权利要求3所述的超广角镜头，其特征在于，
所述第四透镜的折射率与所述第五透镜的折射率的差值大于等于0.25，所述第四透镜的阿贝数与所述第五透镜的阿贝数的差值大于等于30。
5.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，
所述第二透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜为非球面透镜；
所述第二透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜的面型满足公式(1)，
式中，z为沿着光轴方向的矢高，r为非球面透镜的光学表面上一点到光轴的距离，c为该光学表面的曲率，k为该光学表面的二次曲面常数，α1为2阶的非球面系数，α2为4阶的非球面系数，α3为6阶的非球面系数，α4为8阶的非球面系数，α5为10阶的非球面系数，α6为12阶的非球面系数，α7为14阶的非球面系数，α8为16阶的非球面系数。
6.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，
所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的材料为玻璃；所述第二透镜、所述第七透镜和所述第八透镜的材料为塑料。
7.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，
所述超广角镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述第三透镜和所述第四透镜之间。
8.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，
所述滤光片为红外截止滤光片。
9.根据权利要求8所述的超广角镜头，其特征在于，
所述滤光片与所述第八透镜的间距为0.5毫米。
10.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，
所述紫外固化胶的折射率与入射光波长之间的关系在25℃下满足公式(2)：
其中，n表示折射率；λ表示入射光波长，λ单位为纳米。
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