CN110596860B - 高像素广角镜头及成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高像素广角镜头，从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，其物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，其物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，其像侧表面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，其物侧表面为凹面，像侧表面为凸面；光阑；具有正光焦度的第五透镜，其物侧表面和像侧表面均为凸面；具有正光焦度的第六透镜，其物侧表面和像侧表面均为凸面；具有负光焦度的第七透镜，其物侧表面和像侧表面均为凹面；具有正光焦度的第八透镜，其物侧表面和像侧表面均为凸面；以及滤光片。本发明提供的高像素广角镜头能够矫正边缘视场色差，提升边缘解像，实现更大的成像范围。

Description

高像素广角镜头及成像设备
技术领域
本发明涉及一种透镜成像系统，特别涉及一种高像素广角镜头及成像设备。
背景技术
随着科学技术的不断进步，广角镜头正取得突飞猛进的发展，被广泛应用在各行各业中，尤其是车载领域正在快速发展。随着车载镜头的广泛使用，人们对其成像效果的优劣、视场角度的大小等性能问题越来越重视。目前应用于车载系统中的光学镜头，一般具有大场角，但其边缘色差较大，影响了镜头在边缘视场的解像力，使车载镜头难以实现更大的成像范围。本发明正是基于以上背景提出的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高像素广角镜头及成像设备，同时能够矫正边缘视场的色差，提升边缘解像，实现更大的成像范围。
本发明实施例通过以下技术方案来实现上述目的。
第一方面，本发明提供一种高像素广角镜头，从物侧到成像面依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，第一透镜的物侧表面为凸面，其像侧表面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，第二透镜的物侧表面为凸面，其像侧表面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，第三透镜的像侧表面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，第四透镜的物侧表面为凹面，其像侧表面为凸面；光阑；具有正光焦度的第五透镜，第五透镜的物侧表面和像侧表面均为凸面；具有正光焦度的第六透镜，第六透镜的物侧表面和像侧表面均为凸面；具有负光焦度的第七透镜，第七透镜的物侧表面和像侧表面均为凹面；具有正光焦度的第八透镜，第八透镜的物侧表面和像侧表面为均凸面；以及滤光片，滤光片设于第八透镜与成像面之间。
第二方面，本发明还提供一种成像设备，包括第一方面提供的高像素广角镜头和成像元件，成像元件用于将高像素广角镜头形成的光学图像转换为电信号。
相较现有技术，本发明提供的高像素广角镜头和成像设备，第一透镜、第二透镜用于减小入射光线的入射角和畸变的矫正，有利于减小镜头体积和便于成像系统后续对像差的矫正，提升边缘解像；第二透镜用于畸变的矫正；第五透镜用于光线的收集；第八透镜起到消除像差和控制主光线的出射角度的作用；第三透镜和第四透镜在光阑之前使用，可以有效地降低镜片的敏感度。
附图说明
图1为本发明第一实施例中高像素广角镜头的结构示意图；
图2为本发明第一实施例中高像素广角镜头的场曲图；
图3为本发明第一实施例中高像素广角镜头的畸变图；
图4为本发明第一实施例中高像素广角镜头的轴向色差图；
图5为本发明第一实施例中高像素广角镜头的垂轴色差图；
图6为本发明第二实施例中高像素广角镜头的结构示意图；
图7为本发明第二实施例中高像素广角镜头的场曲图；
图8为本发明第二实施例中高像素广角镜头的畸变图；
图9为本发明第二实施例中高像素广角镜头的轴向色差图；
图10为本发明第二实施例中高像素广角镜头的垂轴色差图；
图11为本发明第三实施例中成像设备的结构示意图。
附图标记说明
Figure BDA0002172220950000021
Figure BDA0002172220950000031
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。
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。
本发明实施例提供的一种高像素广角镜头，从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，第一透镜的物侧表面为凸面，其像侧表面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，第二透镜的物侧表面为凸面，其像侧表面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，第三透镜的像侧表面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，第四透镜的物侧表面为凹面，其像侧表面为凸面；光阑；具有正光焦度的第五透镜，第五透镜的物侧表面和像侧表面均为凸面；具有正光焦度的第六透镜，第六透镜的物侧表面和像侧表面均为凸面；具有负光焦度的第七透镜，第七透镜的物侧表面和像侧表面均为凹面；具有正光焦度的第八透镜，第八透镜的物侧表面和像侧表面为均凸面；以及滤光片，滤光片设于第八透镜与成像面之间。
进一步地，在一些实施方式中，第三透镜与第四透镜组成第一粘合体，第六透镜与第七透镜组成第二粘合体。本发明镜头采用两组粘合体透镜，可以有效地矫正色差，保证高品质解像力；并且第一粘合体设置在光阑之前使用，可以有效地降低镜片的敏感度，便于装配和减少镜头长度。
在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜均为玻璃透镜。由于采用八片玻璃材质的镜片，因此该镜头具有良好的热稳定性和机械强度，利于在高温、高压、寒冷等极端环境下工作。
在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜中的至少两者为非球面透镜。由于采用非球面镜片，可以使光学系统的像差得到更好的矫正，成像品质得到大幅提高。第二透镜为玻璃非球面透镜，提高了第二透镜矫正畸变的能力。
在一些实施方式中，第二透镜和第八透镜均为玻璃非球面透镜，可以有效地消除球面像差对镜头性能的影响以及控制主光线的出射角度。
在一些实施方式中，本发明实施例提供的高像素广角镜头满足以下条件式：
0＜f6/d＜10； (1)
其中，f6表示第三透镜的像侧表面的焦距，d表示第二透镜的像侧表面顶点到第三透镜的像侧表面顶点的距离。
满足条件式(1)，可以有效地避免第三透镜的像侧表面的光线反射汇聚在第二透镜的像侧表面上，进而反射到成像面上产生鬼影，避免鬼影对成像质量产生影响。
在一些实施方式中，本发明实施例提供的高像素广角镜头满足以下条件式：
Figure BDA0002172220950000051
其中，
Figure BDA0002172220950000052
表示第五透镜的物侧表面的光焦度，
Figure BDA0002172220950000053
表示第五透镜的像侧表面的光焦度，
Figure BDA0002172220950000054
表示第五透镜的光焦度。
满足条件式(2)，可以提高控制第五透镜收束光线的能力，减小光线与光轴的夹角，避免光线在后续镜片的表面产生较大的像差。
在以下实施方式中，本发明实施例提供的高像素广角镜头满足以下条件式：
0＜f2/fL1+f4/fL2＜2； (3)
其中，f2表示第一透镜的像侧表面的焦距，f4表示第二透镜的像侧表面的焦距，fL1表示第一透镜的焦距，fL2表示第二透镜的焦距。
满足条件式(3)，可以有效地增大视场角，保证该高像素广角镜头的视场角不小于150°，并且有效地减小光线与光轴的夹角，减小后续镜片矫正像差的负担，减小后续镜片的口径。
在以下实施方式中，本发明实施例提供的高像素广角镜头满足以下条件式：
0＜(f5/fL3+f7/fL4)/fL34＜1； (4)
其中，f5表示第三透镜的物侧表面的焦距，f7表示第四透镜的像侧表面的焦距，fL3表示第三透镜的焦距，fL4表示第四透镜的焦距，fL34表示第三透镜和第四透镜组成的第一粘合体的焦距。
由于光阑前后的镜片对公差的敏感度较高，因此满足条件式(4)，可以有效地控制光阑前的第一粘合体的物侧表面和像侧表面的曲率半经，避免镜片的表面出现过度弯曲，保证光线通过第一粘合体后不会有较大的折射角，从而降低光阑前的第一粘合体的公差敏感度，有效地提升组装良率。
本发明还提供一种成像设备，包括上述任意一种实施方式的高像素广角镜头及成像元件，成像元件用于将高像素广角镜头形成的光学图像转换为电信号。
满足上述配置，有利于保证高像素广角镜头具有大像面、低色散、高像素的特点，使用两个粘合体透镜，可以有效地矫正边缘色差，提高边缘视场解像力，进一步增大视场范围；第二透镜使用玻璃非球面透镜，可以提高第二透镜矫正畸变的能力，将畸变控制在很小的范围内，有利于提高边缘视场的放大倍率，使边缘视场获得更多像素，提高边缘视场的解像力；第八透镜使用玻璃非球面透镜，能够有效地矫正球差、场曲等像差，提高镜头解像力，同时能更好的控制主光线的出射角度。
本发明的各个实施例中的高像素广角镜头的非球面的表面形状均满足下列方程式：
Figure BDA0002172220950000061
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。
在以下各个实施例中，高像素广角镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、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。
第一实施例
请参阅图1，本发明第一实施例提供的一种高像素广角镜头100从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑ST、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、滤光片G1。
第一透镜L1具有负光焦度，其物侧表面S1为凸面，像侧表面S2为凹面，第一透镜L1是玻璃球面透镜。
第二透镜L2具有负光焦度，其物侧表面S3为凸面，像侧表面S4为凹面，第二透镜L2是玻璃非球面透镜。
第三透镜L3具有正光焦度，其物侧表面S5为凹面，像侧表面S6-1为凸面，第三透镜L3是玻璃球面透镜。
第四透镜L4具有负光焦度，其物侧表面S6-2为凹面、像侧表面S7为凸面，第四透镜L4是玻璃球面透镜，第三透镜L3和第四透镜L4胶合为第一粘合体，且第三透镜L3和第四透镜L4均为玻璃球面透镜，也即第三透镜L3的像侧表面S6-1和第四透镜的L4的物侧表面S6-2无缝粘合，其粘合面为S6。
第五透镜L5具有正光焦度，其物侧表面S8和像侧表面S9均为凸面，第五透镜L5是玻璃球面透镜。在本发明的其它实施例中，第五透镜L5还可以是玻璃非球面透镜。
第六透镜L6具有正光焦度，其物侧表面S10和像侧表面S11-1均为凸面。
第七透镜L7具有负光焦度，其物侧表面S11-2和像侧表面S12均为凹面，且第六透镜L6和第七透镜L7胶合为第二粘合体，且第六透镜L6和第七透镜L7均为玻璃球面透镜，也即第六透镜L6的像侧表面S11-1和第七透镜L7的物侧表面S11-2，无缝粘合，其粘合面为S11。
第八透镜L8具有正光焦度，其物侧表面S13和像侧表面S14均为凸面，第八透镜L8是玻璃非球面透镜。
光阑ST设于第四透镜L4与第五透镜L5之间，滤光片G1设于第八透镜L8与成像面S17之间。
本发明第一实施例中提供的高像素广角镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示。
表1
Figure BDA0002172220950000071
Figure BDA0002172220950000081
本实施例的各透镜非球面的参数如表2所示。
表2
Figure BDA0002172220950000082
在本实施例中，其场曲、畸变和轴向色差分别如图2、图3、图4和图5所示。由图2至图5可以看出，本实施例中场曲、畸变、色差都能被很好地校正。
第二实施例
本实施例提供的一种高像素广角镜头200的结构示意图请参阅图6。本实施例中的光学镜头200与第一实施例中的高像素广角镜头100大抵相同，不同之处在于：本实施例中的光学镜头200的第三透镜L3的物侧表面S5为凸面，且第五透镜L5为玻璃非球面透镜，以及各透镜的曲率半径、材料选择不同。
本发明第一实施例中提供的高像素广角镜头200中各个透镜的相关参数参见表3所示。
表3
Figure BDA0002172220950000083
Figure BDA0002172220950000091
本实施例的各透镜非球面的参数如表4所示。
表4
Figure BDA0002172220950000092
在本实施例中，其场曲、畸变和轴向色差分别如图7、图8、图9和图10所示。由图7至图10可以看出，本实施例中场曲、畸变、色差都能被很好地校正。
表5是上述两个实施例及其对应的光学特性，包括系统焦距f、光圈数F#、视场角2θ和光学总长TTL，以及与前面每个条件式对应的数值。
表5
Figure BDA0002172220950000101
综合上述各实施例，均达到了以下的光学指标：(1)视场角：2θ≥150°；(2)光学总长：TTL≤18.0mm；(3)适用光谱范围为：400nm～700nm。
综上，本发明提供的高像素广角镜头中，第一透镜L1、第二透镜L2为弯月形镜片，用于减小入射光线的入射角和畸变的矫正，有利于减小镜头体积和便于成像系统后续对像差的矫正；第二透镜L2为玻璃非球面透镜，提高了第二透镜L2矫正畸变的能力；第五透镜L5用于光线的收集；第八透镜L8起到消除像差和控制主光线的出射角度的作用；第三透镜L3和第四透镜L4组成第一粘合体，第六透镜L6和第七透镜L7组成第二粘合体，采用两组粘合体可以有效地矫正色差，并且第一粘合体设置在光阑之前使用，可以有效地降低镜片的敏感度。由于各个透镜均为玻璃镜片，因此，高像素广角镜头具有较好的稳定性能以及机械强度，利于在极端环境下工作。
第三实施例
本实施例提供的一种成像设备300的结构示意图请参阅图11，包括上述任一实施例中的光学成像镜头(例如高像素广角镜头100)及成像元件310。成像元件310可以是CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补性金属氧化物半导体)图像传感器，还可以是CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)图像传感器。
成像设备300可以是运动相机、监控摄像头、车载记录仪、摄像机以及其他任意一种形态的装载了光学成像镜头的电子设备。
本实施例提供的成像设备300包括高像素广角镜头，由于高像素广角镜头能够矫正边缘视场的色差，提升边缘解像，实现更大的成像范围，因此，该成像设备200具有更大的成像范围、能够矫正边缘视场的色差以及提升边缘解像等优点。
以上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 (8)

1.一种高像素广角镜头，其特征在于，从物侧到成像面依次由具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜、具有正光焦度的第八透镜以及滤光片组成：
所述第一透镜的物侧表面为凸面，其像侧表面为凹面；
所述第二透镜的物侧表面为凸面，其像侧表面为凹面；
所述第三透镜的像侧表面为凸面；
所述第四透镜的物侧表面为凹面，其像侧表面为凸面；
光阑；
所述第五透镜的物侧表面和像侧表面均为凸面；
所述第六透镜的物侧表面和像侧表面均为凸面；
所述第七透镜的物侧表面和像侧表面均为凹面；
所述第八透镜的物侧表面和像侧表面为均凸面；以及
所述滤光片设于所述第八透镜与成像面之间；
其中，所述第三透镜与所述第四透镜组成第一粘合体，所述第六透镜与所述第七透镜组成第二粘合体，所述高像素广角镜头满足以下条件式：
0＜(f5/fL3+f7/fL4)/fL34＜1；
其中，f5表示所述第三透镜的物侧表面的焦距，f7表示所述第四透镜的像侧表面的焦距，fL3表示所述第三透镜的焦距，fL4表示所述第四透镜的焦距，fL34表示所述第三透镜和所述第四透镜组成的所述第一粘合体的焦距。
2.根据权利要求1所述的高像素广角镜头，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、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜均为玻璃透镜。
3.根据权利要求2所述的高像素广角镜头，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、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜中的至少两者为非球面透镜。
4.根据权利要求3所述的高像素广角镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第八透镜均为玻璃非球面透镜。
5.根据权利要求1所述的高像素广角镜头，其特征在于，所述高像素广角镜头满足以下条件式：
0＜f6/d＜l0；
其中，f6表示所述第三透镜的像侧表面的焦距，d表示所述第二透镜的像侧表面顶点到所述第三透镜的像侧表面顶点的距离。
6.根据权利要求1所述的高像素广角镜头，其特征在于，所述高像素广角镜头满足以下条件式：
Figure FDA0003035549640000021
其中，
Figure FDA0003035549640000022
表示所述第五透镜的物侧表面的光焦度，
Figure FDA0003035549640000023
表示所述第五透镜的像侧表面的光焦度，
Figure FDA0003035549640000024
表示所述第五透镜的光焦度。
7.根据权利要求1所述的高像素广角镜头，其特征在于，所述高像素广角镜头满足以下条件式：
0＜f2/fL1+f4/fL2＜2；
其中，f2表示所述第一透镜的像侧表面的焦距，f4表示所述第二透镜的像侧表面的焦距，fL1表示所述第一透镜的焦距，fL2表示所述第二透镜的焦距。
8.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的高像素广角镜头及成像元件，所述成像元件用于将所述高像素广角镜头形成的光学图像转换为电信号。
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