CN111239983B - 一种高成像质量的广角摄影镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高成像质量的摄影镜头，包括图像传感器和光圈，从物方至像方依次为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及滤光片；第一透镜具有负屈折力，第二透镜具有正屈折力，第三透镜具有负屈折力，第四透镜与第五透镜具有正屈折力，第一透镜、第三透镜、第五透镜和第六透镜均为凹凸透镜，第二透镜和第四透镜均为双凹透镜，第七透镜两侧均为非球面且存在反曲点；镜头的透镜总数为七片且至少三个透镜的色散系数大于50。当满足特定条件时，本发明的摄影镜头可同时满足大视角，高成像品质与小型化的要求。

Description

一种高成像质量的广角摄影镜头
技术领域
本发明属于光学工程技术领域，具体涉及一种高成像质量的摄影镜头。
背景技术
随着智能手机的不断发展，拍照能力逐渐成为只能手机的主要卖点。为了提升拍照效果，生产厂商往往会提升镜头的成像质量，采用更高像素的图像传感器。其中提升镜头的成像质量通常意味着视场角更大，对比度更高，其设计难度与生产成本也会相应提升。
现有的摄像镜头设计难以使得边缘视场光线得到良好汇聚，光斑尺寸较大影响成像质量，且镜片面型特殊，加工成型难度大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高成像质量的广角摄影镜头。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种高成像质量的摄影镜头，包括图像传感器和光圈，从物方至像方依次为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及滤光片；第一透镜具有负屈折力；第二透镜具有正屈折力；第三透镜具有负屈折力；第四透镜与第五透镜具有正屈折力；第一透镜、第三透镜、第五透镜和第六透镜均为凹凸透镜；第二透镜和第四透镜均为双凹透镜；第七透镜两侧均为非球面且存在反曲点；镜头的透镜总数为七片且至少三个透镜的色散系数大于50；
其中，第六透镜与第七透镜之间的空气间隔为T67，第七透镜在光轴上的厚度为CT7，其满足以下条件：
5＜CT7/T67＜6.2。
与现有技术相比，本发明的显著效果为：(1)本发明结构设计简单、合理，成本低，通过镜片结构的改进，使得本设计具有较好的成像质量，在奈奎斯特频率1/4处全视场的MTF值大于0.5，在奈奎斯特频率1/2处0.7视场的MTF值大于0.2，RMS半径均低于3.188μm，畸变小于10％，相对照度大于30％；(2)本发明的摄影镜头可同时满足大视角、高成像品质与小型化等需求，且镜片面型平滑，加工性能良好。
附图说明
图1是本发明实施例的光学结构示意图。
图2是本发明实施例的MTF传递函数曲线图。
图3是本发明实施例的场曲和畸变图。
图4是本发明实施例的相对照度曲线图。
图5是本发明实施例的光线扇形图。
图1中：L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；L4-第四透镜；L5-第五透镜；L6-第六透镜；L7-第七透镜；GF-滤光片。
具体实施方式
本发明提出一种高成像质量的摄影镜头，包括图像传感器和光圈，从物方至像方依次为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及滤光片；第一透镜具有负屈折力；第二透镜具有正屈折力；第三透镜具有负屈折力；第四透镜与第五透镜具有正屈折力；第一透镜、第三透镜、第五透镜和第六透镜均为凹凸透镜；第二透镜和第四透镜均为双凹透镜；第七透镜两侧均为非球面且存在反曲点；镜头的透镜总数为七片且至少三个透镜的色散系数大于50；
其中，第六透镜与第七透镜之间的空气间隔为T67，第七透镜在光轴上的厚度为CT7，其满足以下条件：
5＜CT7/T67＜6.2。
进一步的，摄影镜头中最大视角为FOV，第一透镜物侧表面至一成像面于光轴上的距离为TL，摄影镜头的最大成像高度为ImgH，满足下列条件：
100度<FOV<130度；以及
1.0<TL/ImgH<2.80。
进一步的，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，第五透镜的焦距为f5，第六透镜的焦距为f6，第七透镜的焦距为f7，第x透镜的焦距为fx，满足下列条件：
|fx|<|f2|，其中x＝1、3、4、5、6、7。
进一步的，摄影镜头的焦距为f，摄影镜头的入瞳孔径为EPD，第七透镜物侧表面的曲率半径为R13，第七透镜像侧表面的曲率半径为R14，满足下列条件：
1.6<f/EPD<2.5；以及
|(R13-R14)/(R13+R14)|<0.5。
进一步的，摄影镜头的焦距为f，第一透镜物侧表面至一成像面于光轴上的距离为TL，摄影镜头中最大视角的一半为HFOV，满足下列条件：
TL/[(f*Tan(HFOV)]<2。
进一步的，第六透镜物侧表面的曲率半径为R11，第六透镜像侧表面的曲率半径为R12，其满足下列条件：
1<(R11+R12)/(R12-R11)<2.5。
进一步的，摄影镜头中各透镜于光轴上厚度的最大值为CTmax，第六透镜与第七透镜于光轴上的间隔距离为T67，满足下列条件：
5＜CTmax/T67<8。
进一步的，第三透镜物侧表面的曲率半径为R5，第三透镜像侧表面的曲率半径为R6，满足下列条件：
2<(R5+R6)/(R5-R6)<5.0。
优选的，第一透镜和第二透镜的空气间隔是1.128mm，第二透镜和第三透镜的空气间隔是0.227mm，第三透镜和第四透镜的空气间隔是0.204mm，第四透镜和第五透镜的空气间隔是0.344mm，第五透镜和第六透镜的空气间隔是0.490mm，第六透镜和第七透镜的空气间隔是0.144mm，第七透镜和滤光片的空气间隔是0.580mm。
优选的，所述第一透镜、第四透镜和第七透镜采用APL5014，折射率和阿贝数分别为1.5445和55.987；第二透镜、第五透镜采用K26R，折射率和阿贝数分别为1.535和55.634；第三透镜和第六透镜采用OKP-A2，折射率和阿贝数分别为1.6606和20.401。
优选的，所述滤光片GF为红外滤光片，滤光片的厚度为0.21mm。
优选的，所述摄影镜头总长度设置为7.3067mm。
优选的，所述摄影镜头视场角设置为100°；
优选的，所述摄影镜头光圈值设置为F2.2。
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种高成像质量的摄影镜头，包括图像传感器和光圈，由物侧至像侧依序包含第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7和滤光片GF；
第一透镜L1具有负屈折力，其物侧表面近光轴处可为凸面，可以有效扩大视场。
第二透镜L2具有正屈折力，有助于平衡摄影镜头屈折力配置，降低敏感度。
第三透镜L3具有负屈折力，以修正第一透镜L1与第二透镜L2产生的像差。
第四透镜L4具有正屈折力，在满足一定条件下可修正第三透镜产生的色差，使得不同波段的光线较好地聚焦在像面上。
第五透镜L5具有正屈折力，其像侧表面于近光轴处为凸面。借此，第三透镜L3、第四透镜L4与第五透镜L5的屈折力配置有助于将光线聚在成像面上，同时达到短后焦与微型化的需求。
第七透镜L7像侧表面于近光轴处为凹面，其像侧表面于离轴处具有至少一反曲点，其物侧表面与像侧表面皆为非球面。借此，有助于减少后焦长度，并同时可修正离轴处的像差。
第六透镜L6与第七透镜L7于光轴上的间隔距离为T67，第七透镜L7于光轴上的厚度为CT7，其满足下列条件：
5＜CT7/T67＜6.2。
当T67/CT7满足上述条件时，可确保第六透镜L6与第七透镜L7之间具有足够空间，能避免因周边间距太小而产生制造或组装上的问题。
摄影镜头的透镜总数为七片且至少三个透镜的色散系数大于50。当至少三个透镜的色散系数满足上述条件时，可有效平衡不同波段光线的聚焦位置，减缓色差问题。
请参照表1、表2实施该镜头的设计参数，其中序号1-16分别是由物侧至像侧方向依次代表镜片或滤光片的前后表面；A0～A8均为非球面系数。
表1
序号 面型 曲率半径 厚度 材料 圆锥系数
1 Q型非球面 10.348 0.792 APL5014CL -100.618
2 Q型非球面 2.286 1.128 -2.732
3 Q型非球面 3.108 0.600 K26R_25 -62.052
4 Q型非球面 -3.502 0.227 3.571
5 Q型非球面 4.234 0.415 OKP-A2 -68.418
6 Q型非球面 2.982 0.204 -18.084
7 Q型非球面 26.786 0.563 APL5014CL 40.628
8 Q型非球面 -22.073 0.344 100.582
9 Q型非球面 13.190 0.485 K26R_25 -59.347
10 Q型非球面 -5.374 0.490 5.476
11 Q型非球面 3.954 0.303 OKP-A2 -13.068
12 Q型非球面 12.426 0.144 36.213
13 Q型非球面 3.610 0.740 APL5014CL -3.750
14 Q型非球面 1.761 0.580 -2.076
15 标准面 无限 0.210 BK7
16 标准面 无限 0.083
表2
序号 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
1 -9.43E-01 -1.39E-01 7.47E-02 -9.19E-02 1.88E-02 2.55E-03 -3.41E-03 -3.08E-04 1.14E-03
2 7.24E-01 8.37E-02 9.33E-02 2.25E-02 1.35E-02 -1.03E-02 -1.46E-02 -5.91E-03 -1.18E-03
3 2.26E-01 -6.93E-02 6.48E-02 -1.05E-02 -1.13E-02 -1.22E-02 -3.26E-03 -4.06E-04 9.68E-04
4 -1.45E-01 1.69E-02 3.14E-02 -2.90E-02 -4.10E-02 -1.46E-02 -9.17E-03 -2.78E-03 2.13E-03
5 -4.67E-01 -9.14E-02 -1.68E-01 -6.64E-02 -2.89E-02 -2.29E-02 -6.72E-03 -8.26E-03 2.41E-03
6 3.12E-02 -1.52E-02 -9.39E-03 -6.68E-02 -6.95E-03 -1.81E-02 3.74E-03 -1.39E-03 1.79E-03
7 4.29E-01 -5.06E-01 4.25E-02 -3.81E-02 6.73E-02 -1.56E-02 -1.73E-03 -9.37E-03 1.96E-03
8 -6.87E-01 6.79E-02 -1.42E-01 3.57E-02 -1.60E-02 2.14E-02 -2.83E-03 -4.48E-02 -1.97E-02
9 -3.52E+00 7.05E-01 -5.66E-02 -4.34E-03 9.36E-03 -3.18E-02 -4.71E-02 -1.64E-02 -2.73E-02
10 -7.10E-02 4.34E-01 -5.45E-01 -1.27E+00 -5.35E-01 5.53E-02 -8.48E-02 -1.84E-02 -1.66E-01
11 -5.41E+00 4.09E-01 -8.08E-01 1.54E+00 -3.02E-01 -1.30E-01 -1.06E-01 3.44E-03 8.31E-03
12 -5.26E-01 -9.44E-02 9.46E-02 -6.06E-02 2.13E-02 -1.59E-02 2.76E-05 -4.92E-03 -5.03E-04
13 -3.80E-01 -3.02E-01 1.85E-01 -5.93E-02 2.87E-02 -1.23E-02 9.13E-03 -2.90E-03 -2.36E-06
14 -2.59E+01 4.25E+00 -9.03E-01 -1.68E+00 8.54E-02 -2.84E-01 -4.47E-01 3.11E-01 3.31E-01
15
16
如图1所示，是本实施例中部分视场的光线图。依据光线在成像面上汇聚的高度大小，由低到高依次为轴上视场的光线、0.7视场的光线与1.0视场的光线。此三处光线在像面上得到了良好的汇聚，并且入射到像面的角度较小，能较好地与传感器进行耦合。
如图2所示，是本实施例中手机镜头的MTF(光学调制传递函数)曲线图，可以综合反映系统的成像质量，其曲线形状越平滑，且相对X轴的高度越高，证明系统的成像质量越好。
如图3所示，是系统的场曲和畸变图，左图不同颜色代表不同的波长，S代表弧矢场曲并以虚线表示，T代表子午场曲并以实线表示，二者做差就是系统的像散，象散和场曲是影响轴外视场光线的重要像差，象散过大会严重影响到轴外光线的成像质量，场曲会造成中心和边缘最佳成像不在一个平面。从图中曲线来看，系统的场曲和像差绝大部分视场矫正到50um以内。右图是系统畸变曲线，畸变不影响系统成像的清晰度，但是会影响系统变形，本发明在最大视场处畸变小于10％，说明已经优化到一个非常好的程度。
如图4所示，是系统的相对照度曲线图，广角镜头的相对照度达到大约30％以上便可通过图像处理的手段使其达到成像的要求。该系统全视场的相对照度大于30％，符合要求。
如图5所示，是系统的光线扇形图，光线扇形图的曲线越平，即越接近x轴，代表像平面上的所有光线距离主光线的交点越小，光线就越集中，系统的整体像差就越小。可以看出，全视场的偏离量控制在了±50μm以内，整体像差得到了很好的平衡和控制。
综上所述，本发明的摄影镜头可同时满足大视角、高成像品质与小型化等需求，且镜片面型平滑，加工性能良好。

Claims (10)

1.一种高成像质量的摄影镜头，包括图像传感器和光圈，其特征在于，从物方至像方依次为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及滤光片；第一透镜具有负屈折力；第二透镜具有正屈折力；第三透镜具有负屈折力；第四透镜与第五透镜具有正屈折力；第一透镜、第三透镜、第五透镜和第六透镜均为凹凸透镜；第二透镜和第四透镜均为双凸透镜；第七透镜两侧均为非球面且存在反曲点；镜头的透镜总数为七片且至少三个透镜的色散系数大于50；
其中，第六透镜与第七透镜之间的空气间隔为T67，第七透镜在光轴上的厚度为CT7，其满足以下条件：
5＜CT7/T67＜6.2。
2.根据权利要求1所述的高成像质量的摄影镜头，其特征在于，摄影镜头中最大视角为FOV，第一透镜物侧表面至一成像面于光轴上的距离为TL，摄影镜头的最大成像高度为ImgH，满足下列条件：
100度≤FOV<130度；以及
1.0<TL/ImgH<2.80。
3.根据权利要求1所述的高成像质量的摄影镜头，其特征在于，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，第五透镜的焦距为f5，第六透镜的焦距为f6，第七透镜的焦距为f7，第x透镜的焦距为fx，满足下列条件：
|fx|＞|f2|，其中x＝1、3、4、5、6、7。
4.根据权利要求1所述的高成像质量的摄影镜头，其特征在于，摄影镜头的焦距为f，摄影镜头的入瞳孔径为EPD，第七透镜物侧表面的曲率半径为R13，第七透镜像侧表面的曲率半径为R14，满足下列条件：
1.6<f/EPD<2.5；以及
|(R13-R14)/(R13+R14)|<0.5。
5.根据权利要求1所述的高成像质量的摄影镜头，其特征在于，摄影镜头的焦距为f，第一透镜物侧表面至一成像面于光轴上的距离为TL，摄影镜头中最大视角的一半为HFOV，满足下列条件：
TL/[(f*Tan(HFOV)) ]＝2.275。
6.根据权利要求1所述的高成像质量的摄影镜头，其特征在于，第六透镜物侧表面的曲率半径为R11，第六透镜像侧表面的曲率半径为R12，其满足下列条件：
1<(R11+R12)/(R12-R11)<2.5。
7.根据权利要求1所述的高成像质量的摄影镜头，其特征在于，摄影镜头中各透镜于光轴上厚度的最大值为CTmax，第六透镜与第七透镜于光轴上的间隔距离为T67，满足下列条件：
5＜CTmax/T67<8。
8.根据权利要求1所述的高成像质量的摄影镜头，其特征在于，第三透镜物侧表面的曲率半径为R5，第三透镜像侧表面的曲率半径为R6，满足下列条件：
(R5+R6)/(R5-R6)＝5.764。
9.根据权利要求1所述的高成像质量的摄影镜头，其特征在于，第一透镜和第二透镜的空气间隔是1.128mm，第二透镜和第三透镜的空气间隔是0.227mm，第三透镜和第四透镜的空气间隔是0.204mm，第四透镜和第五透镜的空气间隔是0.344mm，第五透镜和第六透镜的空气间隔是0.490mm，第六透镜和第七透镜的空气间隔是0.144mm，第七透镜和滤光片的空气间隔是0.580mm。
10.根据权利要求1所述的高成像质量的摄影镜头，其特征在于，所述第一透镜、第四透镜和第七透镜采用APL5014，折射率和阿贝数分别为1.5445和55.987；第二透镜、第五透镜采用K26R，折射率和阿贝数分别为1.535和55.634；第三透镜和第六透镜采用OKP-A2，折射率和阿贝数分别为1.6606和20.401。
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