CN111025594B - 超薄无畸变镜头 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种超薄无畸变镜头，包括从物面到像面的方向上依次设置的具有正焦距的第一透镜、具有负焦距的第二透镜、具有正焦距的第三透镜、具有负焦距的第四透镜及滤波片；所述超薄无畸变镜头的全像高H满足关系式：R₁/H＜1.8，H/F<2.1；其中，R₁为第一透镜靠近物面一侧的表面曲率半径，F为所述超薄无畸变镜头的整体焦距。本发明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；结构紧凑，这对镜头的小型化和轻量化起到很大的帮助，兼顾了大视场角、低畸变、高分辨率以及低成本的特点，以克服现有技术中的不足之处。

Description

超薄无畸变镜头

技术领域

本发明涉及光学镜头模组技术领域，尤其涉及一种超薄无畸变镜头。

背景技术

镜头有无畸变是相对而言的，绝对无畸变的镜头是没有的。畸变小，对镜头规格要求就高，相关加工和组装难度也高。相对镜头的附加值也随之增加。市场上对于畸变在1％以内镜头主要应用在监控和人脸识别。因现阶段监控与人脸识别越来越多，因而对镜头畸变要求会越来越高，这也就是无畸变镜头市场前景开始显现。而无畸变镜头需要复杂的多镜片组合校正系统畸变，不满足监控或车载领域小型化、轻量化要求。

例如申请号为201811358981.1，发明名称为“一种定焦无畸变玻塑镜头”的发明专利存在体积大，长度较长，结构复杂，镜片数量多，不满足小型化轻量化需求的缺点。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种超薄无畸变镜头，以使满足大角度的同时实拍画面不会变形。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种超薄无畸变镜头，包括从物面到像面的方向上依次设置的具有正焦距的第一透镜、具有负焦距的第二透镜、具有正焦距的第三透镜、具有负焦距的第四透镜及滤波片；所述超薄无畸变镜头的全像高H满足关系式：R₁/H＜1.8，H/F<2.1；

其中，R₁为第一透镜靠近物面一侧的表面曲率半径，F为所述超薄无畸变镜头的整体焦距。

进一步地，第一透镜为双凸型塑胶非球面透镜。

进一步地，所述第二透镜为凹凸塑胶非球面透镜，朝向物面一侧的表面为凸面。

进一步地，所述第三透镜为弯月形塑胶非球面透镜，朝向物面一侧的表面为凹面。

进一步地，所述第四透镜为凹凸塑胶非球面透镜，朝向物面一侧的表面为凸面。

进一步地，所述第三透镜的折射率nd3满足：nd3<1.65。

进一步地，所述第二透镜、第四透镜有效焦距满足：-4.23<(f₂+f₄)/F<-1.38；

其中，f₂、f₄分别为第二透镜、第四透镜的有效焦距，F为超薄无畸变镜头的有效焦距。

本发明的有益效果为：畸变小，总体畸变控制在-2％到2％范围以内；采用塑料镜片替代玻璃镜片，减轻重量，便于携带；采用四片透镜，结构紧凑，降低成本以及小型化。

附图说明

图1是本发明实施例的超薄无畸变镜头的结构示意图。

图2是本发明实施例的超薄无畸变镜头的MTF解析图。

图3是本发明实施例的超薄无畸变镜头的Spot图。

图4是本发明实施例的超薄无畸变镜头的场曲图。

图5是本发明实施例的超薄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，本发明实施例的超薄无畸变镜头包括从物面到像面的方向上依次设置的具有正焦距的第一透镜1、具有负焦距的第二透镜2、具有正焦距的第三透镜3、具有负焦距的第四透镜4及滤波片5。

超薄无畸变镜头的全像高H满足关系式：R₁/H＜1.8，H/F<2.1；

其中，R₁为第一透镜1靠近物面一侧的表面曲率半径，F为所述超薄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1.8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2.1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，本发明实施例中的超薄无畸变镜头在满足条件R₁/H＜1.8,H/F<2.1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，第一透镜1为双凸型塑胶非球面透镜。第一透镜1朝向物面一侧处设有光阑装置ST。

作为一种实施方式，第二透镜2为凹凸塑胶非球面透镜，朝向物面一侧的表面为凸面。

作为一种实施方式，第三透镜3为弯月形塑胶非球面透镜，朝向物面一侧的表面为凹面。

作为一种实施方式，第四透镜4为凹凸塑胶非球面透镜，朝向物面一侧的表面为凸面。本发明实施例的第二透镜2及第四透镜4同为朝向物侧为凸的凹凸非球面透镜，使得光线平缓过度，降低装配难度。

本发明实施例的四个透镜均为塑料非球面透镜，降低成本，结构紧凑，小型化和轻量化。

作为一种实施方式，第三透镜3的折射率nd3满足：nd3<1.65。

作为一种实施方式，第二透镜2、第四透镜4有效焦距满足：-4.23<(f₂+f₄)/F<-1.38；

其中，f₂、f₄分别为第二透镜2、第四透镜4的有效焦距，F为超薄无畸变镜头的有效焦距。

本发明实施例的超薄无畸变镜头共采用四片透镜，其中四片透镜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；此外，仅使用四片塑料非球面透镜，结构紧凑，这对镜头的小型化和轻量化起到很大的帮助，本发明兼顾大视场角、低畸变、高分辨率以及低成本的特点，以克服现有技术中的不足之处。

实施例：在本实施例中，在工作距离为无穷远时，超薄无畸变镜头的总焦距F＝4.35mm，FNO＝2.1，全视场角FOV＝72°，镜头总长TTL＝6.87mm,全视场像高6.3mm。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
STO	INFINITY	0.1
						2	6.003609502	1.173967	1.54	55.8	3.89
3	-2.971535865	0.1038
						4	4.957497751	0.518999	1.64	23.9	-5.43
5	1.961633348	0.687771
						6	-4.68745034	1.375158	1.54	55.8	3.85
7	-1.583905412	0.1038
						8	1.562302051	0.518999	1.58	30.2	-7.66
9	1.016963231	0.630617
						10	INFINITY	0.622799	1.52	64.1
11	INFINITY	1.032998
						IMA	INFINITY	-

表1提供的超薄无畸变镜头光学系统镜面序号2、3依次代表第一透镜1的沿光线入射方向的两个镜面S1、S2，镜面序号4、5代表第二透镜2的沿光线入射方向的两个镜面S3、S4，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S5、S6，镜面序号8、9依次代表第四透镜4沿光线入射方向的两个镜面S7、S8，镜面序号10、11依次代表滤波片5沿光线入射方向的两个镜面。

本发明实施例所用的四个透镜均为塑胶非球面透镜，非球面系数如下表2：

表2

由表1可得：

第一透镜1靠近物侧的表面曲率半径R₁为6.00360950230671；

R₁/H＝6.00360950230671/6.3＝0.953；

H/F＝6.3/4.35＝1.448；

Nd3＝1.54；

(f₂+f₄)/F＝(-5.43-7.66)/4.35＝-3.009；

均满足要求。

在本发明实施例上述表格中，Index为折射率，Radius为曲率半径，第一透镜1～第四透镜4依次的焦距为f₁～f₄,实施例所提供的镜头在于提供一种大广角、小畸变、高分辨率、轻便、小型化以及低成本的镜头，以克服现有技术中的不足之处。采用四片透镜，其中四片透镜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；此外，仅使用四片塑料非球面透镜，结构紧凑，这对镜头的小型化和轻量化起到很大的帮助，本发明兼顾大视场角、低畸变、高分辨率以及低成本的特点，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薄无畸变镜头MTF解析图、Spot图、场曲图和畸变图，如图2所示，图2为实施例20摄氏度时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；固定高频(如160lp/mm)曲线代表镜头分辨率特性，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为超薄无畸变镜头对应的点列图，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，子午场曲值控制在-0.1～0.1mm范围内，弧矢场曲值控制也在-0.1～0.1mm范围以内。

畸变值越小，说明镜头成像品质越好。如图5所示，畸变值控制在-2～2mm范围内。

综述，本发明的超薄无畸变镜头，大广角、超薄、小畸变、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。采用四片透镜，其中四片透镜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；此外，仅使用四片塑料非球面透镜，结构紧凑，这对镜头的小型化和轻量化起到很大的帮助，本专利兼顾大视场角、超薄、低畸变、高分辨率以及低成本的特点，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 (1)

1.一种超薄无畸变镜头，其特征在于，包括从物面到像面的方向上依次设置的具有正焦距的第一透镜、具有负焦距的第二透镜、具有正焦距的第三透镜、具有负焦距的第四透镜及滤波片；所述超薄无畸变镜头的总焦距F＝4.35mm，FNO＝2.1，全视场角FOV＝72°，镜头总长TTL＝6.87mm,全视场像高6.3mm，所述超薄无畸变镜头的透镜组的各项参数依次如下表所示：

surf Radius Thickness Index ABB EFL-E OBJ INFINITY INFINITY STO INFINITY 0.1 2 6.003609502 1.173967 1.54 55.8 3.89 3 -2.971535865 0.1038 4 4.957497751 0.518999 1.64 23.9 -5.43 5 1.961633348 0.687771 6 -4.68745034 1.375158 1.54 55.8 3.85 7 -1.583905412 0.1038 8 1.562302051 0.518999 1.58 30.2 -7.66 9 1.016963231 0.630617 10 INFINITY 0.622799 1.52 64.1 11 INFINITY 1.032998 IMA INFINITY -

。

Images