CN110908092A - 超大靶面无畸变镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种超大靶面无畸变镜头，包括从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、滤波片和感光片，第一透镜为负焦距的弯月型透镜，第二透镜的焦距为正，第三透镜的焦距为正，第四透镜的焦距为负，第五透镜的焦距为正。本发明实施例采用五片透镜，其中首枚镜片和第五透镜5采用塑胶材质的非球面透镜，有效降低镜头重量及制造成本，提高了产品竞争力；通过合理的使用塑料非球面镜片及限定每个透镜的光焦度，有效的改善了广角镜头的畸变，提高了摄像的效果。本发明兼顾大视场角、低畸变、高分辨率、大靶面以及低成本的特点，以克服现有技术中的不足之处。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头模组技术领域，尤其涉及一种超大靶面无畸变镜头。
背景技术
近年来用于监控用途、无人机航拍领域或识别用途摄像系统向大靶面、高分辨率、小畸变趋势发展，而目前主流产品的大靶面镜头虽然能够满足高清晰度的要求，但体积非常大，且图像变形严重，周边画面信息量差，需要后期作进一步的图像处理，或者需要复杂的多镜片组合校正系统畸变，不满足监控或识别领域小型化、轻量化要求。
例如申请号为201811387125.9，发明名称为“1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头及工作方法”的发明专利公开的镜头就存在靶面小(仅1/1.8”，无法匹配更大靶面更高像素要求)，畸变大(接近2％)，镜片数量过多，结构复杂，体积大，且重量过重，无法应用于无人机等领域的缺点。
本发明提出了一种新的光学系统，结构紧凑，在满足客户大靶面的同时，实拍画面没有变形，且满足在监控或识别领域环境温度变化要求。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种超大靶面无畸变镜头，以使达到靶面大、畸变小、重量轻及便于携带的技术效果。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种超大靶面无畸变镜头，包括从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、滤波片和感光片，第一透镜为负焦距的弯月型透镜，第二透镜的焦距为正，第三透镜的焦距为正，第四透镜的焦距为负，第五透镜的焦距为正；
所述镜头的全像高为H,满足关系式：R1/H＜3.5，H/F<1.95；
其中，R1为第一透镜靠近物面的表面曲率半径，F为所述镜头的整体焦距。
进一步地，所述第二透镜为双凸型玻璃球面透镜。
进一步地，所述第三透镜为双凸型玻璃球面透镜。
进一步地，所述第四透镜为弯月型玻璃球面透镜。
进一步地，第五透镜为双凸型塑胶非球面透镜。
进一步地，第一透镜朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凹面；所述第二透镜朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为平凸面；第五透镜朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凸面。
进一步地，所述第三透镜的折射率小于1.56。
进一步地，第三透镜和第四透镜为胶合组合镜片。
本发明的有益效果为：靶面大，可匹配更大的芯片和更高的像素；畸变小，总体畸变控制在-0.5％以内；采用塑料镜片替代玻璃镜片，减轻重量，便于携带。
附图说明
图1是本发明实施例的超大靶面无畸变镜头的结构示意图。
图2是本发明实施例的超大靶面无畸变镜头的MTF解析图。
图3是本发明实施例的超大靶面无畸变镜头的Spot图。
图4是本发明实施例的超大靶面无畸变镜头的场曲图。
图5是本发明实施例的超大靶面无畸变镜头的畸变图。
具体实施方式
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结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中若有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
请参照图1，本发明实施例的超大靶面无畸变镜头包括从物面到像面依次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、滤波片6和感光片7。
第一透镜1为负焦距的弯月型透镜，第二透镜2的焦距为正，第三透镜3的焦距为正，第四透镜4的焦距为负，第五透镜5的焦距为正。图1中，S1和S2为第一透镜1的两个表面，S3和S4为第二透镜2的两个表面，S5和S6为第三透镜3的两个表面，S6和S7为第四透镜4的两个表面(S6为第三透镜3和第四透镜4的共同表面)，S8和S10为第五透镜5的两个表面，ST为光阑。
超大靶面无畸变镜头的全像高为H，满足关系式：R1/H＜3.5，H/F<1.95；
其中，R1为第一透镜1靠近物面的表面曲率半径，F为超大靶面无畸变镜头的整体焦距。
在芯片固定的情况下，也就是H固定，当R1/H的值超过上限3.5时，R1相对变大，即球面变得更平，使得单位口径及单位视场角内的弧长变短，图像压缩更严重，导致畸变变大；当H/F的值超过上限1.95时，F相对变小，即视场角变大，如此会造成畸变增大，从而需要更多的透镜，而使由较少的透镜结构实现成像性能良好的光学系统变得困难。因此，本发明实施例的超大靶面无畸变镜头在满足条件R1/H＜3.5,H/F<1.95时，在实现合理的结构空间形式的同时具有较佳的成像质量。
作为一种实施方式，所述第二透镜2为双凸型玻璃球面透镜。
作为一种实施方式，所述第三透镜3为双凸型玻璃球面透镜。
作为一种实施方式，所述第四透镜4为弯月型玻璃球面透镜。
作为一种实施方式，第五透镜5为双凸型塑胶非球面透镜。
作为一种实施方式，第一透镜1朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凹面；所述第二透镜2朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为平凸面；第五透镜5朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凸面。本发明实施例的第一透镜1及第二透镜2同为朝向物面的一侧表面为凸面的透镜，使得光线平缓过度，降低装配难度。
作为一种实施方式，所述第三透镜3的折射率小于1.56。
作为一种实施方式，第三透镜3和第四透镜4相互胶合形成胶合组合镜片。
本发明实施例共采用五片透镜，其中首枚镜片和第五透镜5采用塑胶材质的非球面透镜，有效降低镜头重量及制造成本，提高了产品竞争力；通过合理的使用塑料非球面镜片及限定每个透镜的光焦度，有效的改善了广角镜头的畸变，提高了摄像的效果。本发明兼顾大视场角、低畸变、高分辨率、大靶面以及低成本的特点，以克服现有技术中的不足之处。
在本发明实施例中，在工作距离为无穷远时，超大靶面无畸变镜头的总焦距f＝9.00mm,FNO＝4.0，全视场角FOV＝83°，镜头总长TTL＝44.9mm,全视场像高16mm。透镜组的各项参数依次列于表1中：
表1
| surf | Radius | Thickness | Index | ABB | EFL-E |
| OBJ | INFINITY | INFINITY | |||
| 1 | 43.07920822 | 1.2 | 1.5 | 81.6 | -9.07 |
| 2 | 4.052525953 | 8.254675 | |||
| 3 | 11.87705334 | 5.645742 | 1.75 | 52.3 | 14.67 |
| 4 | -138.7614035 | 2.61575 | |||
| STO | INFINITY | 2.216393 | |||
| 6 | 21.12289977 | 5 | 1.44 | 95.1 | 10.99 |
| 7 | -5.782819445 | 0.7 | 1.76 | 27.5 | -15.87 |
| 8 | -11.68771817 | 8.065962 | |||
| 9 | 19.00687438 | 3.996478 | 1.77 | 49.6 | 26.12 |
| 10 | -27.479079 | 0.1 | |||
| 11 | INFINITY | 2 | 1.52 | 64.2 | |
| 12 | INFINITY | 5.13683 | |||
| IMA | INFINITY | - |
表1中提供的光学系统镜面序号1、2依次代表第一透镜1的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号3、4代表第二透镜2的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号6、7依次代表第三透镜3沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号7、8依次代表第四透镜4沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号9、10依次代表第五透镜5沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号11、12依次代表滤波片6沿光线入射方向的两个镜面。
由表1可得第一透镜1靠近物面一侧的表面曲率半径R1为43.0792082215213。
R1/H＝43.0792082215213/16＝2.692＜3.5；
H/F＝16/9＝1.778<1.95；
Nd3＝1.44<1.56；Nd3为第三透镜3的折射率；
均满足要求，此外，本发明实施例中，第一透镜1的表面S1和S2、第五透镜5的表面S9和S10为非球面，其非球面相关数值依次列于表2：
表2
| SURFACE:1 | SURFACE:2 | |
| K | 4.142098758 | -0.802907041 |
| E4 | -0.000153625 | 1.68355E-05 |
| E6 | 1.16804E-07 | -1.01674E-05 |
| E8 | 2.69892E-08 | 1.61681E-07 |
| E10 | -4.24735E-10 | -1.38104E-09 |
| E12 | 2.25898E-12 | 0 |
在表2中，Index为折射率，Radius为曲率半径，第一透镜1～第五透镜5依次的焦距为f1～f5，本发明实施例所提供的超大靶面无畸变镜头在于提供一种大广角、小畸变、大靶面、高分辨率、轻便以及低成本的镜头，以克服现有技术中的不足之处。采用五片透镜，其中首枚镜片和第五透镜5采用塑胶材质的非球面透镜，有效降低镜头重量及制造成本，提高了产品竞争力；通过合理的使用塑料非球面镜片及限定每个透镜的光焦度，有效的改善了广角镜头的畸变，提高了摄像的效果。本发明兼顾大视场角、低畸变、高分辨率、大靶面以及低成本的特点，以克服现有技术中的不足之处。
图2-图5依次为工作距离为无穷远时本实施例的超大靶面无畸变镜头MTF解析图、Spot图、场曲图、畸变图，如图2所示，其中，图2实施的MTF(Modulation TransferFunction，调制传递函数)值图，该MTF值图基于表1中参数，光学镜头最看重的分辨率等品质的测量，定义MTF值必定大于0，且小于1，在本技术领域MTF值越接近1，说明镜头的性能越优异，即分辨率高；其变量为空间频率，空间频率即以一个mm的范围内能呈现出多少条线来度量，其单位以lp/mm来表示；这条曲线越高，镜头分辨率越高，纵坐标是MTF值。横坐标可以设像场中心到测量点的距离，镜头是以光轴为中心的对称结构，中心向各方向的成像素质变化规律是相同的，由于像差等因素的影响，像场中某点与像场中心的距离越远，其MTF值一般呈下降的趋势。因此以像场中心到像场边缘的距离为横坐标，可以反映镜头边缘的成像素质。
另外，在偏离像场中心的位置，由沿切线方向的线条与沿径向方向的线条的正弦光栅所测得的MTF值是不同的。将平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线，标为S(Sagittal)，而将平行于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线，标为T(Meridional)。如此一来，MTF曲线一般有两条，即S曲线和T曲线，图2中有多组以像场中心到像场边缘MTF变化曲线，反映出本透镜系统具有较高解像力，光学性能较目前主流光学系统有极大地提升。
图3为光学镜头对应的点列图，其质心半径及几何半径如图所示，可实现良好的成像品质。
子午场曲值和弧矢场曲值越小，说明成像品质越好；如图4所示，子午场曲值和弧矢场曲值均控制在-0.1～0.1mm范围以内。
同样的，镜头的畸变值越小，说明镜头的成像品质越好，图5中的畸变图显示畸变值控制在-0.5+0.5范围以内。
综述，本发明的一种超大靶面无畸变镜头，采用五片透镜，其中首枚镜片和第五透镜5采用塑胶材质的非球面透镜，有效降低镜头重量及制造成本，提高了产品竞争力；通过合理的使用塑料非球面镜片及限定每个透镜的光焦度，有效的改善了广角镜头的畸变，提高了摄像的效果。本发明兼顾大视场角、低畸变、高分辨率、大靶面以及低成本的特点，以克服现有技术中的不足之处。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (8)
1.一种超大靶面无畸变镜头，其特征在于，包括从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、滤波片和感光片，第一透镜为负焦距的弯月型透镜，第二透镜的焦距为正，第三透镜的焦距为正，第四透镜的焦距为负，第五透镜的焦距为正；
所述镜头的全像高为H,满足关系式 ：R1/H＜3.5，H/F<1.95；
其中，R1为第一透镜靠近物面的表面曲率半径，F为所述镜头的整体焦距。
2.如权利要求1所述的超大靶面无畸变镜头，其特征在于，所述第二透镜为双凸型玻璃球面透镜。
3.如权利要求1所述的超大靶面无畸变镜头，其特征在于，所述第三透镜为双凸型玻璃球面透镜。
4.如权利要求1所述的超大靶面无畸变镜头，其特征在于，所述第四透镜为弯月型玻璃球面透镜。
5.如权利要求1所述的超大靶面无畸变镜头，其特征在于，第五透镜为双凸型塑胶非球面透镜。
6.如权利要求1所述的超大靶面无畸变镜头，其特征在于，第一透镜朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凹面；所述第二透镜朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为平凸面；第五透镜朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凸面。
7.如权利要求1-6中任一项所述的超大靶面无畸变镜头，其特征在于，所述第三透镜的折射率小于1.56。
8.如权利要求1-6中任一项所述的超大靶面无畸变镜头，其特征在于，第三透镜和第四透镜为胶合组合镜片。
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