CN108761744B - 超广角镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超广角镜头。该超广角镜头自物方至像方同轴依序包括：第一透镜，为凸凹透镜，靠近物方的一侧采用外凸面，背离物方的一侧采用内凹面；第二透镜，为平凹透镜，靠近物方的一侧采用平面，背离物方的一侧采用内凹面；第三透镜，为双凸透镜；以及第四透镜，为凹凸透镜，靠近物方的一侧采用内凹面，背离物方的一侧采用外凸面；所述物方与所述第一透镜之间设置有三棱镜，所述三棱镜的出射面正对所述第一透镜的外凸面。本申请的超广角镜头可以外接于多种电子设备的摄像镜头上，增加电子设备的原有视场角度，该超广角镜头的MTF、点扩展函数、畸变、色差等参数均较优，并且其应用的透镜数量只有四个，大大降低了超广角镜头的成本。

Description

超广角镜头

技术领域

本发明涉及电子设备周边产品领域，具体涉及一种超广角镜头。

背景技术

随着互联网智能硬件的不断发展与扩大，尤其是全景照相、全景行车记录、虚拟现实技术不断成熟和需求不断增加，对于高品质、低成本的超广角的光学镜头的需求越来越多。近年来，随着小型化摄像镜头的迅猛发展，其应用领域也不断拓宽，人们对镜头的需求也日益多元化。而随着感光元件的像素尺寸缩小，以及便携式电子产品向轻薄方向发展，成像质量高的小型广角摄像镜头逐渐成为市场上的主流。

但是现有的广角镜头，在保证成像质量的前提下，所使用的透镜数量多达5-10个，制作成本过高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以通过减少透镜数量的超广角镜头，在保持成像效果清新锐利的同时，降低超广角镜头的成本，以解决上述不足之处。

为了实现上述目的，本申请提供了一种超广角镜头。

该超广角镜头自物方至像方同轴依序包括：

第一透镜，为凸凹透镜，靠近物方的一侧采用外凸面，背离物方的一侧采用内凹面；

第二透镜，为平凹透镜，靠近物方的一侧采用平面，背离物方的一侧采用内凹面；

第三透镜，为双凸透镜；以及

第四透镜，为凹凸透镜，靠近物方的一侧采用内凹面，背离物方的一侧采用外凸面；

所述物方与所述第一透镜之间设置有三棱镜，所述三棱镜的出射面正对所述第一透镜的外凸面。

进一步的，所述三棱镜为等腰直角三棱镜，所述入射面与所述出射面之间的夹角为90°，所述入射面与所述反射面之间的夹角为45°，角度公差为±2°，所述入射面和所述出射面的宽度为20mm。

进一步的，所述三棱镜的表面均做抛光处理且平整度不大于2μm，所述三棱镜表面的伤痕/亮点等级为60-40Scratch-Dig。

进一步的，所述三棱镜的棱倒角0.3-0.6mm*45°。

进一步的，所述第一透镜与所述第二透镜之间的距离为4.2mm，所述第二透镜与所述第三透镜之间的距离为3.7mm，所述第三透镜与所述第四透镜之间的距离为3.9mm。

进一步的，所述第一透镜的中央厚度为0.8mm，所述第二透镜的中央厚度为1.3mm，所述第三透镜的中央厚度为1.6mm，所述第四透镜的中央厚度为1.7mm。

进一步的，所述第一透镜的折射率为1.7725，阿贝数为49.6，外凸面的球面半径为45.2mm，内凹面的球面半径为4.7mm；

进一步的，所述第二透镜的折射率为1.593，阿贝数为67.3，内凹面的球面半径为14.9mm；

进一步的，所述第三透镜的折射率为1.651，阿贝数为56.2，靠近所述第二透镜一侧的外凸面的球面半径为112.1mm，另一侧的外凸面的球面半径为22.03mm；

进一步的，所述第四透镜的折射率为1.65160，阿贝数为58.4，外凸面的球面半径为5.6mm，内凹面的球面半径为8.2mm。

进一步的，超广角镜头还包括设置在所述第四透镜与成像面之间的滤光片。

进一步的，超广角镜头还包括设置在所述滤光片与成像面之间的光阑。

进一步的，超广角镜头最大水平视场角FOV达150°。

本申请提供的超广角镜头具有以下有益效果：本申请的超广角镜头可以外接于多种电子设备的摄像镜头上，增加电子设备的原有视场角度，该超广角镜头的其MTF、点扩展函数、畸变、色差等参数均较优，并且其应用的透镜数量只有四个，大大降低了超广角镜头的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种实施例提供的超广角镜头的示意图；

图2为本申请另一种实施例提供的超广角镜头的示意图；

图3为本申请超广角镜头的光线路径图；

图4为本申请超广角镜头的调制传递函数(MTF)示意图；

图5为本申请超广角镜头的离焦MTF示意图；在横坐标为0的时候，纵坐标由大至小方向所对应的曲线名称分别为：20(deg)-sagittal、0(deg)-tangential、20(deg)-tangential、60(deg)-tangential、45(deg)-tangential、35(deg)-sagittal、93(deg)-tangential、60(deg)-sagittal、93(deg)-sagittal；

图6为本申请超广角镜头的畸变场曲示意图；左图中，在纵坐标为70的时候，横坐标由小至大(由左至右)方向所对应的曲线名称分别为：0.4700-tangential、0.5100-tangential、0.5500-tangential、0.6100-tangential、0.4700-sagittal、0.6500-tangential、0.5100-sagittal、0.5500-sagittal、0.6100-sagittal、0.6500-sagittal；右图中的曲线为0.6500；

图7为本申请超广角镜头的点列图；

图8为本申请超广角镜头的色差图；在纵坐标为60的时候，横坐标由小至大(由左至右)方向所对应的曲线名称分别为：Airy、0.5100、0.5500、0.4700、0.6100、0.6500、Airy；

附图标记说明：

1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、成像面；6、滤光片；7、光阑；8、三棱镜。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1-8并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

如图1所示的超广角镜头，自物方至像方同轴依序包括：三棱镜8、第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4，三棱镜8的出射面正对第一透镜1的外凸面，第一透镜1与第二透镜2之间的距离为4.2mm，第二透镜2与第三透镜3之间的距离为3.7mm，第三透镜3与第四透镜4之间的距离为3.9mm。

其中，

第一透镜1，为凸凹透镜，靠近物方的一侧采用外凸面，背离物方的一侧采用内凹面，第一透镜1的中央厚度为0.8mm，第一透镜1的折射率为1.7725，阿贝数为49.6，外凸面的球面半径为45.2mm，内凹面的球面半径为4.7mm；

第二透镜2，为平凹透镜，靠近物方的一侧采用平面，背离物方的一侧采用内凹面，第二透镜2的中央厚度为1.3mm，第二透镜2的折射率为1.593，阿贝数为67.3，内凹面的球面半径为14.9mm；

第三透镜3，为双凸透镜，第三透镜3的中央厚度为1.6mm，第三透镜3的折射率为1.651，阿贝数为56.2，靠近第二透镜2一侧的外凸面的球面半径为112.1mm，另一侧的外凸面的球面半径为22.03mm；以及

第四透镜4，为凹凸透镜，靠近物方的一侧采用内凹面，背离物方的一侧采用外凸面，第四透镜4的中央厚度为1.7mm，第四透镜4的折射率为1.65160，阿贝数为58.4，外凸面的球面半径为5.6mm，内凹面的球面半径为8.2mm；

三棱镜8为等腰直角三棱镜，入射面与出射面之间的夹角为90°，入射面与反射面之间的夹角为45°，角度公差为±2°，入射面和出射面的宽度为20mm。三棱镜8的表面均做抛光处理且平整度不大于2μm，三棱镜8表面的伤痕/亮点等级为60-40Scratch-Dig。三棱镜8的棱倒角0.3-0.6mm*45°。

在本实施例中，第一透镜1为选择为凸凹透镜，后端面采用内凹面，可以获取大视场的成像范围，第三透镜3中弧度较小的凸面在前，可以用来校正残余像差及系统色差，第四透镜为弯月透镜，凹面在前，前端面采用内凹面，后端面采用外凸面，可以用于校正由大视场角所产生的像差，以及用来校正前三片透镜没有校正的各种像差并对光束进行整形。上述的超广角镜头的水平视场角可达到150°，在最前面设置的三棱镜，可以改变入射光线的方向，可以通过镜头观察和拍摄平时很难观察到的角度位置。

实施例2

如图2所示的超广角镜头，自物方至像方同轴依序包括：三棱镜8、第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、滤光片6和光阑7，三棱镜8的出射面正对第一透镜1的外凸面，第一透镜1与第二透镜2之间的距离为4.2mm，第二透镜2与第三透镜3之间的距离为3.7mm，第三透镜3与第四透镜4之间的距离为3.9mm。

其中，

第一透镜1，为凸凹透镜，靠近物方的一侧采用外凸面，背离物方的一侧采用内凹面，第一透镜1的中央厚度为0.8mm，第一透镜1的折射率为1.7725，阿贝数为49.6，外凸面的球面半径为45.2mm，内凹面的球面半径为4.7mm；

第二透镜2，为平凹透镜，靠近物方的一侧采用平面，背离物方的一侧采用内凹面，第二透镜2的中央厚度为1.3mm，第二透镜2的折射率为1.593，阿贝数为67.3，内凹面的球面半径为14.9mm；

第三透镜3，为双凸透镜，第三透镜3的中央厚度为1.6mm，第三透镜3的折射率为1.651，阿贝数为56.2，靠近第二透镜2一侧的外凸面的球面半径为112.1mm，另一侧的外凸面的球面半径为22.03mm；以及

第四透镜4，为凹凸透镜，靠近物方的一侧采用内凹面，背离物方的一侧采用外凸面，第四透镜4的中央厚度为1.7mm，第四透镜4的折射率为1.65160，阿贝数为58.4，外凸面的球面半径为5.6mm，内凹面的球面半径为8.2mm。

三棱镜8为等腰直角三棱镜，入射面与出射面之间的夹角为90°，入射面与反射面之间的夹角为45°，角度公差为±2°，入射面和出射面的宽度为20mm。三棱镜8的表面均做抛光处理且平整度不大于2μm，三棱镜8表面的伤痕/亮点等级为60-40Scratch-Dig。三棱镜8的棱倒角0.3-0.6mm*45°。

滤光片6设置在所述第四透镜4与成像面5之间。用于限制成像光束的波段范围；本申请中的超广角镜头的成像范围是可见光波段，采用滤光片主要作用在于选择针对目标的最佳成像波段，如此可获得最佳的成像分辨率。

光阑7设置在所述滤光片6与成像面5之间，用于限制各个视场的光束口径。其中光阑7优选为孔径光阑，孔径光阑的孔径尺寸为固定孔径尺寸或可调整孔径尺寸。可调整孔径尺寸的孔径光阑可以是机械转动或电子驱动的可变光阑。

如图3所示，给出了本实施例中的超广角镜头的光线路径图，其水平视场角可达到150°。

实施例3

为了验证本申请提供的超广角镜头具有较为优越的光学性能，通过光学设计软件ZEMAX对实施例2提供的超广角镜头(不包含三棱镜8)进行分析测试，测试结果参见附图4-8，其中附图4-8分别为实施例2的超广角镜头的MTF示意图、离焦MTF示意图、畸变场曲示意图、点列图和色差图。

由图4可得出，实施例2超广角镜头中的各视场曲线比较集中，边沿视场离散对实际成像影响较小；

由图5可得出，实施例2超广角镜头在重要视场的曲线相对集中；

由图6可得出，实施例2超广角镜头中的畸变较小；

由图7可得出，实施例2超广角镜头点扩函数在中心位置表现比较集中，边沿离散程度也相对均匀；

由图8可得出，实施例2超广角镜头中的色差较优。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超广角镜头，其特征在于，该镜头包含有四片具有光焦度的透镜，自物方至像方同轴依序包括：

第一透镜（1），为凸凹透镜，靠近物方的一侧采用外凸面，背离物方的一侧采用内凹面；

第二透镜（2），为平凹透镜，靠近物方的一侧采用平面，背离物方的一侧采用内凹面；

第三透镜（3），为双凸透镜；以及

第四透镜（4），为凹凸透镜，靠近物方的一侧采用内凹面，背离物方的一侧采用外凸面；

所述物方与所述第一透镜（1）之间设置有三棱镜（8），所述三棱镜的出射面正对所述第一透镜的外凸面；

所述第一透镜（1）与所述第二透镜（2）之间的距离为4.2mm，所述第二透镜（2）与所述第三透镜（3）之间的距离为3.7mm，所述第三透镜（3）与所述第四透镜（4）之间的距离为3.9mm；

所述第一透镜（1）的中央厚度为0.8mm，所述第二透镜（2）的中央厚度为1.3mm，所述第三透镜（3）的中央厚度为1.6mm，所述第四透镜（4）的中央厚度为1.7mm；

其中，

所述第一透镜（1）的折射率为1.7725，阿贝数为49.6，外凸面的球面半径为45.2mm，内凹面的球面半径为4.7mm；

所述第二透镜（2）的折射率为1.593，阿贝数为67.3，内凹面的球面半径为14.9mm；

所述第三透镜（3）的折射率为1.651，阿贝数为56.2，靠近所述第二透镜（2）一侧的外凸面的球面半径为112.1mm，另一侧的外凸面的球面半径为22.03mm；

所述第四透镜（4）的折射率为1.65160，阿贝数为58.4，外凸面的球面半径为5.6mm，内凹面的球面半径为8.2mm；

最大水平视场角FOV达150°。

2.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述三棱镜为等腰直角三棱镜，入射面与所述出射面之间的夹角为90°，所述入射面与反射面之间的夹角为45°，角度公差为±2°，所述入射面和所述出射面的宽度为20mm。

3.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述三棱镜的表面均做抛光处理且平整度不大于2μm，所述三棱镜表面的伤痕/亮点等级为60-40。

4.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述三棱镜的棱倒角0.3-0.6mm×45°。

5.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，还包括设置在所述第四透镜（4）与成像面（5）之间的滤光片（6）。

6.根据权利要求5所述的超广角镜头，其特征在于，还包括设置在所述滤光片（6）与成像面（5）之间的光阑（7）。