CN109765683B - 一种超广角定焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种超广角定焦镜头，包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为非球面透镜，非球面透镜的两个表面均为非球面。本发明实施例提供一种超广角定焦镜头，以实现拥有更高的像质、更紧凑结构的同时，也拥有更低的成本。

Description

一种超广角定焦镜头

技术领域

本发明实施例涉及镜头技术，尤其涉及一种超广角定焦镜头。

背景技术

超广角镜头具备宽广的视野，因此被广泛应用于需要大范围监控的场合。由于角度超大，因此此类镜头往往存在边缘畸变大，边缘成像不清晰等弊端。目前常见的超广角镜头通常6-7个玻璃镜片的结构具有120°以上的视角，F2.0左右的最大光圈，成像分辨率能达到2-5百万像素。

随着4K级别的成像芯片的在AI人脸识别领域的应用。需要镜头能够与之匹配，AI人脸识别与传统安防镜头有着较为明显的区别。例如人脸识别需要较大的视角与较小的畸变，对边缘解析度要求更高，以及对镜头体积和重量的要求往往比传统安防镜头更加严苛。很显然传统的超广角镜头已经无法满足要求了。

提高镜头性能的方法可以增加镜片数量，或者使用较少的镜片缩小通光孔径，故存在性能与成本难以平衡的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种超广角定焦镜头，以实现拥有更高的像质、更紧凑结构的同时，也拥有更低的成本。

本发明实施例提供一种超广角定焦镜头，包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为非球面透镜，非球面透镜的两个表面均为非球面。

可选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的材料均为塑料。

可选地，所述第一透镜和所述第四透镜均具有负光焦度；所述第二透镜、所述第三透镜和所述第五透镜均具有正光焦度。

可选地，透镜邻近所述物面一侧的表面为前表面，透镜邻近所述像面一侧的表面为后表面；

所述第一透镜的前表面朝向所述像面凸起，或者，所述第一透镜的前表面朝向所述物面凸起，或者，所述第一透镜的前表面为平面；所述第一透镜的后表面朝向所述物面凸起；

所述第二透镜的前表面朝向所述像面凸起，所述第二透镜的后表面朝向所述像面凸起；

所述第三透镜的前表面朝向所述物面凸起，或者，所述第三透镜的前表面朝向所述像面凸起，或者，所述第三透镜的前表面为平面；所述第三透镜的后表面朝向所述像面凸起；

所述第四透镜的前表面朝向所述像面凸起，或者，所述第四透镜的前表面朝向所述物面凸起，或者，所述第四透镜的前表面为平面；所述第四透镜的后表面朝向所述物面凸起；

所述第五透镜的前表面朝向所述物面凸起，所述第五透镜的后表面朝向所述像面凸起。

可选地，所述第二透镜的焦距为f2，所述第四透镜的焦距为f4，所述第五透镜的焦距为f5，所述超广角定焦镜头的等效焦距为f，满足：

3＜∣f2/f∣＜6；0.7＜∣f4/f∣＜3；0.7＜∣f5/f∣＜3；

0.75＜∣f4/f5∣＜1.6。

可选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜满足：

	焦距(mm)	折射率
			第一透镜	-10～-2.1	1.45～1.61
第二透镜	7～30	1.45～1.73
			第三透镜	3～16	1.4～1.7
第四透镜	-12～-2	1.45～1.73
			第五透镜	2～12	1.45～1.61

可选地，所述第一透镜与所述第二透镜直接紧靠。

可选地，还包括光阑；所述光阑位于所述第二透镜与所述第三透镜之间。

可选地，所述超广角定焦镜头的光圈数为1.6。

可选地，所述超广角定焦镜头的水平视角大于或者等于140°。

本发明实施例提供的超广角定焦镜头采用5个透镜，透镜的数量较少，有利于降低成本和减轻超广角定焦镜头的重量，并实现小型化。本发明实施例中的5个透镜均为非球面透镜，非球面透镜相比于球面透镜而言具有更好的像差矫正能力，超广角定焦镜头中的透镜全部采用非球面透镜，有利于提高超广角定焦镜头的性能。超广角定焦镜头中的透镜全部采用非球面透镜是在采用较少镜片数量下，为了提高像质所作出的设计。

附图说明

图1为本发明实施例提供一种超广角定焦镜头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供一种超广角定焦镜头的结构示意图，参考图1，超广角定焦镜头包括沿物面OB指向像面IM方向依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5均为非球面透镜，非球面透镜的两个表面均为非球面。

本发明实施例提供的超广角定焦镜头采用5个透镜，透镜的数量较少，有利于降低成本和减轻超广角定焦镜头的重量，并实现小型化。本发明实施例中的5个透镜均为非球面透镜，非球面透镜相比于球面透镜而言具有更好的像差矫正能力，超广角定焦镜头中的透镜全部采用非球面透镜，有利于提高超广角定焦镜头的性能。超广角定焦镜头中的透镜全部采用非球面透镜是在采用较少镜片数量下，为了提高像质所作出的设计。

可选地，参考图1，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5的材料均为塑料。由于第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5均为非球面透镜，因此本发明实施例中的非球面透镜均为塑料非球面透镜，塑料非球面透镜相对于玻璃材料的非球面透镜而言，具有更低的成本以及更小的重量。需要说明的是，在其他实施方式中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5中的至少一个还可以为玻璃材料的非球面透镜，本发明实施例对此不做限定。

可选地，参考图1，第一透镜1和第四透镜4均具有负光焦度，第二透镜2、第三透镜3和第五透镜5均具有正光焦度。其中，光焦度等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。可以理解的是，光学设计中，不同的光焦度的透镜的排列、组合构成了不同类型的镜头。本发明实施例中的透镜的光焦度即为透镜的焦距，本发明实施例中的透镜的光焦度组合适用于超广角定焦镜头。

可选地，参考图1，透镜邻近物面OB一侧的表面为前表面，透镜邻近像面IM一侧的表面为后表面。第一透镜1的前表面朝向像面IM凸起，或者，第一透镜1的前表面朝向物面OB凸起，或者，第一透镜1的前表面为平面；第一透镜1的后表面朝向物面OB凸起。也就是说，第一透镜1可以为双凹透镜、凸凹透镜或者平凹透镜中的一种。第二透镜2的前表面朝向像面IM凸起，第二透镜2的后表面朝向像面IM凸起。也就是说，第二透镜2可以为凹凸透镜。第三透镜3的前表面朝向物面OB凸起，或者，第三透镜3的前表面朝向像面IM凸起，或者，第三透镜3的前表面为平面；第三透镜3的后表面朝向像面IM凸起。也就是说，第三透镜3可以为双凸透镜、凹凸透镜或者平凸透镜中的一种。第四透镜4的前表面朝向像面IM凸起，或者，第四透镜4的前表面朝向物面OB凸起，或者，第四透镜4的前表面为平面；第四透镜4的后表面朝向物面OB凸起。也就是说，第四透镜4可以为双凹透镜、凸凹透镜或者平凹透镜中的一种。第五透镜5的前表面朝向物面OB凸起，第五透镜5的后表面朝向像面IM凸起。也就是说，第五透镜5可以为双凸透镜。

可选地，参考图1，第二透镜2的焦距为f2，第四透镜4的焦距为f4，第五透镜5的焦距为f5，超广角定焦镜头的等效焦距为f，满足：

3＜∣f2/f∣＜6；0.7＜∣f4/f∣＜3；0.7＜∣f5/f∣＜3；

0.75＜∣f4/f5∣＜1.6。

可以理解的是，光学设计中，透镜的焦距由透镜的前、后两个表面的结构决定，透镜的焦距反映了透镜的前、后两个表面组合后的整体情况，为透镜的一个结构参数。本发明实施例中，通过设置3＜∣f2/f∣＜6；

0.7＜∣f4/f∣＜3；0.7＜∣f5/f∣＜3；0.75＜∣f4/f5∣＜1.6，限定了第二透镜2、第四透镜4和第五透镜5的焦距的绝对值大小，将第二透镜2、第四透镜4和第五透镜5的焦距的绝对值控制在一定范围内，保证了超广角定焦镜头的小型化。

可选地，参考图1，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5满足：

	焦距(mm)	折射率
			第一透镜	-10～-2.1	1.45～1.61
第二透镜	7～30	1.45～1.73
			第三透镜	3～16	1.4～1.7
第四透镜	-12～-2	1.45～1.73
			第五透镜	2～12	1.45～1.61

也就是说，第一透镜1的焦距为-10mm～-2.1mm(即第一透镜1的焦距大于或者等于-10mm，小于或者等于-2.1mm)，第一透镜1的折射率为1.45～1.61。第二透镜2的焦距为7mm～30mm，第二透镜2的折射率为1.45～1.73。第三透镜3的焦距为3mm～16mm，第三透镜3的折射率为1.4～1.7。第四透镜4的焦距为-12mm～-2mm，第四透镜4的折射率为1.45～1.73。第五透镜5的焦距为2mm～12mm，第五透镜5的折射率为1.45～1.61。

可选地，参考图1，第一透镜1与第二透镜2直接紧靠。第一透镜1和第二透镜2可以直接接触，第一透镜1与第二透镜2之间无其他部件的阻隔，从而减小第一透镜1和第二透镜2之间的距离，以进一步地使超广角定焦镜头小型化。

可选地，参考图1，第二透镜2和第三透镜3可以通过隔圈紧配，第三透镜3和第四透镜4可以通过隔圈紧配，第四透镜4和第五透镜5可以通过隔圈紧配。

可选地，参考图1，超广角定焦镜头还包括光阑6。光阑6是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体。光阑6例如可以为带孔屏。光阑6位于第二透镜2与第三透镜3之间。光阑6对成像视场的大小，以及像差有一定的影响，本发明实施例中，将光阑6设置于第二透镜2与第三透镜3之间，以适配超广角定焦镜头中全部采用非球面透镜的情况，消除超广角定焦镜头中全部采用非球面透镜时超广角定焦镜头存在的像差，以提高像质。

可选地，超广角定焦镜头的光圈数为1.6。光圈数也称为光圈值，或者F数，是镜头的焦距与镜头通光直径的比值。光圈数的数值越大，则光圈越小，通光量越小；光圈数的数值越小，则光圈越大，通光量越大。本发明实施例提供的超广角定焦镜头的光圈数为1.6，相比于现有技术中光圈数为2.0的定焦镜头具有更大的光圈，有利于提高超广角定焦镜头的通光量。

可选地，超广角定焦镜头的水平视角大于或者等于140°。水平视角越小，则超广角定焦镜头拍摄到的范围越小；水平视角越大，则超广角定焦镜头拍摄到的范围越大。本发明实施例提供的超广角定焦镜头的水平视角大于或者等于140°，相比于现有技术中水平视角120°的定焦镜头，具有更大的水平视角，可以拍摄到更大角度范围内的景物。需要说明的是，人脸识别需要较大的视角与较小的畸变，对边缘解析度要求更高，以及对镜头体积和重量的要求往往比传统安防镜头更加严苛，因此大光圈、大视角、全部采用非球面透镜消除像差的超广角定焦镜头尤其适用于人脸识别领域。

表1超广角定焦镜头中透镜的一种设计值

序号	面型	曲率半径(mm)	厚度(mm)	折射率	K值
						1	非球面	23.58	1.18	1.53	-200
2	非球面	2.13	2.45		-0.7
						3	非球面	-18.36	3.5	1.64	20
4	非球面	-6.49	1.2		2
						光阑	平面	PL	0.77
5	非球面	18.88	2.84	1.59	-1.5
						6	非球面	-5.23	0.21		2.8
7	非球面	-10.35	0.78	1.64	7.415
						8	非球面	5.05	0.06		-1
9	非球面	4.44	2.38	1.54	-1.5
						10	非球面	-5.41			0.5

表1示出了超广角定焦镜头中透镜的一种设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本发明实施例的限制。表1中示出的超广角定焦镜头可以为图1中所示。一个透镜一般包括两个表面，每一个表面为一个折射面。表1中的序号根据各个透镜的表面来进行编号。其中，序号“1”表示第一透镜1的前表面，序号“2”表示第一透镜1的后表面，依次类推，在此不再赘述。需要注意的是，“序号”一栏中的“光阑”表示光阑。“曲率半径”一栏中，正的曲率半径值表示曲率中心在表面靠近像面IM一侧，负的曲率半径值代表曲率中心在表面远离像面IM一侧。“曲率半径”一栏中的“PL”为光阑的曲率半径数值，其代表为平面，平面的曲率半径为无穷大，在实际设计中，“PL”可以为一个非常大的数值。“厚度”一栏中的数值表示当前表面到下一个表面的轴上距离。“折射率”一栏表示当前表面到下一个表面之间介质的折射率。“折射率”一栏中的空格为空气的折射率。“k值”一栏示出了非球面的最佳拟合圆锥的圆锥系数的数值大小。

可选地，非球面透镜的表面满足公式：

其中，z为表面Z向的轴向矢高，r对角线上的径向距离，k为最佳拟合圆锥的圆锥系数，c为最佳拟合球面的曲率，c为曲率半径的倒数，A,B,C,D,E,F,G,H为非球面系数。

表2超广角定焦镜头中透镜的非球面系数的一种设计值

表2为超广角定焦镜头中透镜的非球面系数的一种设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本发明实施例的限制。表2中示出的超广角定焦镜头可以为图1中所示。表2中“序号”一栏与表1中“序号”的含义相一致，例如序号“1”也表示第一透镜1的前表面。本发明各实施例中的“E”表示以10为底的指数，例如1.001807E-004的数值大小为0.0001001807。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (4)

1.一种超广角定焦镜头，其特征在于，包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；该超广角定焦镜头共包括五个透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为非球面透镜，非球面透镜的两个表面均为非球面；

该超广角定焦镜头参数如下：

序号 面型 曲率半径 厚度 折射率 K值 1 非球面 23.58 1.18 1.53 -200 2 非球面 2.13 2.45 -0.7 3 非球面 -18.36 3.5 1.64 20 4 非球面 -6.49 1.2 2 光阑 平面 PL 0.77 5 非球面 18.88 2.84 1.59 -1.5 6 非球面 -5.23 0.21 2.8 7 非球面 -10.35 0.78 1.64 7.415 8 非球面 5.05 0.06 -1 9 非球面 4.44 2.38 1.54 -1.5 10 非球面 -5.41 0.5

其中，曲率半径和厚度的单位是mm；序号1表示第一透镜的前表面，序号2表示第一透镜的后表面，序号3表示第二透镜的前表面，序号4表示第二透镜的后表面，序号5表示第三透镜的前表面，序号6表示第三透镜的后表面，序号7表示第四透镜的前表面，序号8表示第四透镜的后表面，序号9表示第五透镜的前表面，序号10表示第五透镜的后表面；序号一栏中的光阑表示光阑；曲率半径一栏中的PL为曲率半径，其代表平面；厚度一栏中的数值表示当前表面到下一个表面的轴上距离；折射率一栏表示当前表面到下一个表面之间介质的折射率；折射率一栏中的空格为空气的折射率；k值一栏示出了非球面的最佳拟合圆锥的圆锥系数的数值大小。

2.根据权利要求1所述的超广角定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的材料均为塑料。

3.根据权利要求1所述的超广角定焦镜头，其特征在于，所述超广角定焦镜头的光圈数为1.6。

4.根据权利要求1所述的超广角定焦镜头，其特征在于，所述超广角定焦镜头的水平视角大于或者等于140°。