CN110161662A - 广角镜头及应用该广角镜头的成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种广角镜头,包括沿同一光轴从物侧到像侧依次设置且均采用玻璃材质的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜,在第三透镜与第四透镜之间设有一光阑,第一透镜具有负光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凹面,第二透镜具有负光焦度,其物侧面为凹面,像侧面为凹面,第三透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面,第四透镜具有负光焦度,其物侧面为凹面,像侧面为凹面,第五透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面,第六透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面。本发明提出的广角镜头,在高低温时具有良好的解像力,以及良好的成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学镜头设备技术领域,特别涉及一种广角镜头及应用该广角镜头的成像设备。
背景技术
随着汽车技术的不断发展与进步,自动驾驶功能已成为最主要的发展趋势。
在自动驾驶功能中,车载镜头作为自动驾驶辅助系统的关键部件,近年来也迎来了较快发展。因此对配合使用的车载镜头提出了更高要求。
一般的,应用于自动驾驶系统中的车载镜头,要求镜头能够对发射或反射不同单色光的物体(如交通信号灯、公路标识信息等)具有良好的成像质量,以满足无人驾驶系统的高要求。因此,开发一种可以配合自动驾驶的高性能光学镜头是当务之急。
发明内容
基于此,本发明的目的是提供一种广角镜头,在高低温时具有良好的解像力,以及良好的成像质量。
本发明提出一种广角镜头,其中,包括沿同一光轴从物侧到像侧依次设置且均采用玻璃材质的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜,在所述第三透镜与所述第四透镜之间设有一光阑;
所述第一透镜具有负光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凹面;
所述第二透镜具有负光焦度,其物侧面为凹面,像侧面为凹面;
所述第三透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面;
所述第四透镜具有负光焦度,其物侧面为凹面,像侧面为凹面;
所述第五透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面,所述第四透镜与所述第五透镜组成粘合体;
所述第六透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面;
其中,所述第六透镜满足以下条件:
(dn/dt)6 < -4×10-6/℃;
2 < f6/f < 3;
其中,(dn/dt)6表示所述第六透镜的温度折射率系数,f6表示所述第六透镜的焦距,f表示所述广角镜头的焦距。
本发明提出的广角镜头中,第一透镜主要用于光线的收集,第二透镜以及第三透镜主要用于畸变和场曲的矫正,第四透镜与第五透镜组成的粘合体主要用于球差、慧差以及色差等像差的矫正,第六透镜主要用于实现对光线出射角的控制、对高低温的补偿以及像差的矫正。
在本发明中,由于各个透镜均为玻璃镜片,可使得广角镜头具有较好的热稳定性能;同时,由于第二透镜的物侧面为凹面,能够有效减小镜头产生的鬼影,提高镜头的成像质量。此外,由于透镜因环境温度变化会带来焦点的移动,具有负光焦度的透镜和具有正光焦度的透镜随着环境温度的变化,焦点移动的方向相反,因此,本发明的广角镜头由3片正光焦度与3片负光焦度透镜组成,同时由于第六透镜采用特定的温度折射率系数为负值的玻璃材料,可减小因环境温度变化引起的镜头焦点的移动。而且,具有正光焦度的第六透镜与整个广角镜头的焦距比在2至3之间,能够使系统的光学焦距在高温时增大、在低温时减小,有效地补偿了结构件(如镜筒、镜座)的热膨胀,保证了广角镜头在高低温时的解像力都有良好的表现。本发明提出的广角镜头,可减小因环境温度变化引起的镜头焦点的移动,提高了广角镜头的解像力。
进一步地,所述第一透镜满足以下条件:
-1 < n1*(1/r1-1/r2) < 0;
其中,n1表示所述第一透镜的折射率,r1、r2分别表示所述第一透镜物侧表面和像侧表面的曲率半径。
进一步地,所述第二透镜、所述第三透镜满足以下条件:
-0.1<φ2+φ3<0.1;
其中,φ2、φ3分别表示所述第二透镜以及所述第三透镜的光焦度。
进一步地,所述广角镜头满足以下条件:
IH/θ < 0.05;
其中,IH表示所述广角镜头的像高,θ表示所述广角镜头在对应的像高IH时的半视场角。
进一步地,所述广角镜头满足以下条件:
Fno ≤1.8;
其中,Fno为所述广角镜头的F数,其倒数是所述广角镜头的相对孔径。
所述广角镜头,其中,所述第六透镜为玻璃非球面透镜。
所述广角镜头,其中,所述第二透镜的物侧面还可以为凸面。
所述广角镜头,其中,所述广角镜头的视场角不小于160°。
进一步地,所述广角镜头的非球面的表面形状均满足如下方程:
;
其中,z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离,c表示曲面顶点的曲率,K表示二次曲面系数,h表示光轴到曲面的距离,B、C、D、E和F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数。
本发明还提出一种成像设备,包括广角镜头以及成像元件,其中,所述广角镜头为如上所述的广角镜头,所述成像元件用于将所述广角镜头形成的光学图像转换为电信号。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明第一实施例提出的广角镜头的整体结构示意图;
图2为本发明第一实施例提出的广角镜头的场曲图;
图3为本发明第一实施例提出的广角镜头的畸变图;
图4为本发明第一实施例提出的广角镜头的轴向色差图;
图5为本发明第一实施例提出的广角镜头的垂轴色差图;
图6为本发明第二实施例提出的广角镜头的整体结构示意图;
图7为本发明第二实施例提出的广角镜头的场曲图;
图8为本发明第二实施例提出的广角镜头的畸变图;
图9为本发明第二实施例提出的广角镜头的轴向色差图;
图10为本发明第二实施例提出的广角镜头的垂轴色差图;
图11为本发明第三实施例提出的成像设备的结构示意图。
附图中主要符号说明:
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首选实施例。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。
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。
本发明提出一种广角镜头,包括沿同一光轴从物侧到像侧依次设置且均采用玻璃材质的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜,在第三透镜与第四透镜之间设有一光阑;
其中上述的第一透镜具有负光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凹面;
上述的第二透镜具有负光焦度,其物侧面为凹面,像侧面为凹面;
上述的第三透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面;
上述的第四透镜具有负光焦度,其物侧面为凹面,像侧面为凹面;
上述的第五透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面,且第四透镜与第五透镜组成粘合体;
上述的第六透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面;
由于上述第二透镜的物侧面为凹面,能够有效减小镜头产生的鬼影,提高镜头的成像质量;
同时,本发明提出的广角镜头,其第六透镜满足以下条件:
(dn/dt)6 < -4×10-6/℃;
2 < f6/f < 3;
其中,(dn/dt)6表示第六透镜的温度折射率系数,f6表示第六透镜的焦距,f表示广角镜头的焦距。
第六透镜满足上述条件,由于第六透镜采用特定的温度折射率系数为负值的玻璃材料,可减小因环境温度变化引起的镜头焦点的移动。而且,具有正光焦度的第六透镜与整个广角镜头的焦距比在2至3之间,能够使系统的光学焦距在高温时增大、在低温时减小,有效地补偿了结构件(如镜筒、镜座)的热膨胀,保证了广角镜头在高低温时的解像力都有良好的表现。
本发明提出的广角镜头,还满足以下条件:
-1 < n1*(1/r1-1/r2) < 0;
其中,n1表示第一透镜的折射率,r1、r2分别表示第一透镜物侧表面和像侧表面的曲率半径。
满足上述条件,第一透镜可有效地汇聚光线并减小光线的出射角度,在保证广角镜头实现广角(FOV>160°)成像的同时,为后续透镜对像差的矫正提供了帮助。
本发明提出的广角镜头,还满足以下条件:
-0.1<φ2+φ3<0.1;
其中,φ2、φ3分别表示第二透镜以及第三透镜的光焦度。
由于第二透镜为负光焦度透镜,第三透镜为正光焦度透镜,满足此条件,可保证第二透镜和第三透镜的光焦度的绝对值相近,也即两者光焦度之和接近零,从而可以有效地消除场曲。
本发明提出的广角镜头,还满足以下条件:
IH/θ < 0.05;
其中,IH表示广角镜头的像高,θ表示广角镜头在对应的像高IH时的半视场角。
本发明提出的广角镜头,还满足以下条件:
Fno ≤1.8;
其中,Fno为广角镜头的F数,其倒数是广角镜头的相对孔径。一般F数越小,镜头的相对孔径越大,进光量越大,能够实现在昏暗环境下良好的成像质量,从而能适应外界环境的明暗变化。
进一步地,本发明提出的广角镜头的视场角不小于160°。
优选地,第六透镜可以为玻璃非球面透镜,从而可以有效地矫正像差,并控制光线的出射角度。满足此条件,可以使透镜拥有较小的ƒ-θ畸变,从而提高了边缘视场的放大倍率,提高了广角镜头边缘的解像能力,使其满足边缘视场画面拉平展开后,有足够的分辨率。
本发明提出的广角镜头,其非球面的表面形状均满足如下方程:
;
其中,z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离,c表示曲面顶点的曲率,K表示二次曲面系数,h表示光轴到曲面的距离,B、C、D、E和F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数。
本发明提出的广角镜头中,第一透镜主要用于光线的收集,第二透镜以及第三透镜主要用于畸变和场曲的矫正,第四透镜与第五透镜组成的粘合体主要用于球差、慧差以及色差等像差的矫正,第六透镜主要用于实现对光线出射角的控制、对高低温的补偿以及像差的矫正。
在本发明中,由于各个透镜均为玻璃镜片,可使得广角镜头具有较好的热稳定性能;同时,由于第二透镜的物侧面为凹面,能够有效减小镜头产生的鬼影,提高镜头的成像质量。此外,由于透镜因环境温度变化会带来焦点的移动,具有负光焦度的透镜和具有正光焦度的透镜随着环境温度的变化,焦点移动的方向相反,因此,本发明的广角镜头由3片正光焦度与3片负光焦度透镜组成,同时第六透镜采用特定的温度折射率系数为负值的玻璃材料,可减小因环境温度变化引起的镜头焦点的移动,从而使该广角镜头具有良好的热补偿效果以及高品质成像的效果。本发明提出的广角镜头,可减小因环境温度变化引起的镜头焦点的移动,提高了广角镜头的解像力。
下面以几个具体的实施例,对本发明提出的广角镜头的结构组成设置进行更加详细地说明。在以下各个实施例中,本发明提供的广角镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径以及材料选择部分有所不同,具体不同可参见各实施例的参数表。
实施例一
请参阅图1,对于本发明第一实施例提出的广角镜头100,沿同一光轴从物侧到像侧依次包括:第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑ST、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6以及滤光片G1。
第一透镜L1具有负光焦度,其物侧面S1为凸面,像侧面S2为凹面。
第二透镜L2具有负光焦度,其物侧面S3为凹面,像侧面S4为凹面。
第三透镜L3具有正光焦度,其物侧面S5为凸面,像侧面S6为凸面。
第四透镜L4具有负光焦度,其物侧面S7为凹面,像侧面S8-1为凹面。
第五透镜L5具有正光焦度,其物侧面S8-2为凸面,像侧面S9为凸面,且第四透镜L4与第五透镜L5胶合为粘合体,也即第四透镜L4的像侧面S8-1与第五透镜L5的物侧面S8-2无缝粘合,其粘合面为S8。
第六透镜L6具有正光焦度,其物侧面S10为凸面,像侧面S11为凸面。
光阑ST设于第三透镜L3与第四透镜L4之间,滤光片G1设于第六透镜L6与成像面S14之间。
其中,第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5均为玻璃球面透镜,第六透镜L6是玻璃非球面透镜。
本发明第一实施例中提供的广角镜头100中各个镜片的相关参数如表1-1所示。
表 -1
第一实施例中的各非球面透镜的参数如表1-2所示:
表-2
在本实施例中,其场曲、畸变、轴向色差以及垂轴色差分别如图2、图3、图4以及图5所示。由图2至图5中可以看出,本实施例中场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差都能被很好的校正。
实施例二
请参阅图6,对于本发明第二实施例提出的广角镜头200,本实施例中的广角镜头200与第一实施例当中的广角镜头100大抵相同,不同之处在于,本实施例当中的广角镜头200的第二透镜L2的物侧面S3为凸面,以及各透镜的曲率半径、材料选择不同,具体各个透镜的镜片相关参数参见表2-1所示。
表2-1
第二实施例中的各非球面透镜的参数如表2-2所示:
表 2-2
在本实施例中,其场曲、畸变、轴向色差以及垂轴色差分别如图7、图8、图9以及图10所示。由图7至图10中可以看出:本实施例中场曲、畸变、轴向色差、垂轴色差都能被很好的校正。
在本发明中,将上述第一实施例以及第二实施中的广角镜头的光学特性进行了比较分析,如表3所示,是上述两个实施例及其对应的光学特性比较,包括系统焦距f、光圈数Fno、视场角2θ、系统总长TTL,以及与前面每个条件式对应的数值。
表3
在上述实施例中,本发明提供的广角镜头均可以达到以下的光学指标:(1)视场角:2θ≥160°;(2)光学总长:TTL≤21mm;(3)适用光谱范围为:400nm~700nm。
综上所述,本发明提供的广角镜头中的第一透镜主要用于光线的收集;第二透镜为负透镜,主要用于畸变的矫正,且第二透镜的物侧面为凹面时,能够有效减小镜头产生的鬼影,提高镜头的成像质量;第三透镜为正透镜,两者光焦度之和接近零,可有效地消除场曲,第四透镜、第五透镜组成的粘合体主要用于球差、慧差和色差等像差的矫正;第六透镜为玻璃非球面且其温度折射率系数为负,主要对光线出射角的控制、对高低温的补偿以及像差的矫正。
实施例三
请参阅图11,本发明第三实施例提供一种成像设备300,包括上述任一实施例中的广角镜头(例如广角镜头100)及成像元件110,成像元件110将广角镜头100形成的光学图像转换为电信号。
成像元件110可以是CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补性金属氧化物半导体)图像传感器,也可以为CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件)图像传感器。成像设备300可以为车载摄像机或车载监控器等。
本实施例提供的成像设备300包括广角镜头100,由于广角镜头100通过各透镜形状和光焦度的合理搭配,能够实现在高低温环境中的清晰成像,因此本实施例提供的成像设备300具有良好的热补偿效果,同时还具有广视角和大孔径等特性。
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)
1.一种广角镜头,其特征在于,包括沿同一光轴从物侧到像侧依次设置且均采用玻璃材质的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜,在所述第三透镜与所述第四透镜之间设有一光阑;
所述第一透镜具有负光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凹面;
所述第二透镜具有负光焦度,其物侧面为凹面,像侧面为凹面;
所述第三透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面;
所述第四透镜具有负光焦度,其物侧面为凹面,像侧面为凹面;
所述第五透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面,所述第四透镜与所述第五透镜组成粘合体;
所述第六透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凸面;
其中,所述第六透镜满足以下条件:
(dn/dt)6 < -4×10-6/℃;
2 < f6/f < 3;
其中,(dn/dt)6表示所述第六透镜的温度折射率系数,f6表示所述第六透镜的焦距,f表示所述广角镜头的焦距。
2.根据权利要求1所述的广角镜头,其特征在于,所述第一透镜满足以下条件:
-1 < n1*(1/r1-1/r2) < 0;
其中,n1表示所述第一透镜的折射率,r1、r2分别表示所述第一透镜物侧表面和像侧表面的曲率半径。
3.根据权利要求1所述的广角镜头,其特征在于,所述第二透镜、所述第三透镜满足以下条件:
-0.1<φ2+φ3<0.1;
其中,φ2、φ3分别表示所述第二透镜以及所述第三透镜的光焦度。
4.根据权利要求1所述的广角镜头,其特征在于,所述广角镜头满足以下条件:
IH/θ < 0.05;
其中,IH表示所述广角镜头的像高,θ表示所述广角镜头在对应的像高IH时的半视场角。
5.根据权利要求1所述的广角镜头,其特征在于,所述广角镜头满足以下条件:
Fno ≤1.8;
其中,Fno为所述广角镜头的F数,其倒数是所述广角镜头的相对孔径。
6.根据权利要求1所述的广角镜头,其特征在于,所述第六透镜为玻璃非球面透镜。
7.根据权利要求1所述的广角镜头,其特征在于,所述第二透镜的物侧面还可以为凸面。
8.根据权利要求1-7任一项所述的广角镜头,其特征在于,所述广角镜头的视场角不小于160°。
9.根据权利要求6所述的广角镜头,其特征在于,所述广角镜头的非球面的表面形状均满足如下方程:
;
其中,z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离,c表示曲面顶点的曲率,K表示二次曲面系数,h表示光轴到曲面的距离,B、C、D、E和F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数。
10.一种成像设备,包括广角镜头以及成像元件,其特征在于,所述广角镜头为如上述权利要求1至9任意一项所述的广角镜头,所述成像元件用于将所述广角镜头形成的光学图像转换为电信号。
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