CN111367053A - 一种广角高清的光学成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及镜头技术领域。本发明公开了一种广角高清的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第八透镜；第一透镜和第二透镜均为具负屈光率的凸凹透镜；第三透镜和第五透镜为具正屈光的凸凸透镜；第四透镜为凸凹透镜；第六透镜为具负屈光率的凹凸透镜；第七透镜为具正屈光率的凹凸透镜；第八透镜为具正屈光率的凸凹透镜；第二透镜、第四透镜、第七透镜和第八透镜均为塑料非球面透镜，第一透镜、第三透镜、第五透镜和第六透镜均采用玻璃材料制成；第一透镜至第八透镜中有两片透镜相互胶合。本发明具有总长短，体积小，成本低；景深大；视场角大；畸变小；温漂小的优点。

Description

一种广角高清的光学成像镜头
技术领域
本发明属于镜头技术领域，具体地涉及一种应用于运动捕捉的广角高清的光学成像镜头。
背景技术
随着科学技术的不断进步和社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，光学成像镜头被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控、无人机航拍等各个领域。
而随着户外运动流行起来，也有越来越多的光学成像镜头被应用在户外运动中，用以进行运动捕捉，因此，对于这些光学成像镜头的要求也越来越高。但现有的用于运动捕捉的光学成像镜头还存在着许多不足，如镜片过多，采用全玻璃透镜，光学总长过长，整体成本过高，安装使用具有局限性；对景深的管控不足，在不同物距下切换使用时，整体分辨率低，图像不均匀；边缘畸变管控差，使捕捉的画面具有明显的变形，影响后期图像处理；视场角小，镜头捕捉画幅不足，难以满足运动捕捉画幅需求；镜头温漂量大，当温度扰动过大时，影响成像质量等，因此，有必要对其进行改进，以满足消费者日益提高的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种广角高清的光学成像镜头用以解决上述存在的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种广角高清的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第八透镜；第一透镜至第八透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；
第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凸面；
第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凹面；
第五透镜具正屈光率，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凸面；
第六透镜具负屈光率，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凸面；
第七透镜具正屈光率，第七透镜的物侧面为凹面，第七透镜的像侧面为凸面；
第八透镜具正屈光率，第八透镜的物侧面为凸面，第八透镜的像侧面为凹面；
第二透镜、第四透镜、第七透镜和第八透镜均为塑料非球面透镜，第一透镜、第三透镜、第五透镜和第六透镜均采用玻璃材料制成；第一透镜至第八透镜中有两片透镜相互胶合；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述第一透镜至第八透镜。
进一步的，第五透镜与第六透镜相互胶合。
更进一步的，该光学成像镜头还满足：vd5-vd6>30，其中，vd5和vd6分别为第五透镜与第六透镜的色散系数。
进一步的，还包括光阑，光阑设置在第三透镜与第四透镜之间。
进一步的，第二透镜、第四透镜、第七透镜和第八透镜均为16阶偶次非球面。
进一步的，该光学成像镜头还满足：nd1≥1.85，其中，nd1为第一透镜的折射率。
进一步的，该光学成像镜头还满足：nd3≥1.85，其中，nd3为第三透镜的折射率。
进一步的，该光学成像镜头还满足：nd6≥1.85，其中，nd6为第六透镜的折射率。
进一步的，该光学成像镜头还满足：TTL<31.00mm，其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。
本发明的有益技术效果：
本发明采用八片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有视场角大，所摄画幅范围大，且图像分辨率高；采用玻塑混合设计，总长短，整体体积小，成本低廉，安装使用方便；景深大，在不同物距切换使用时，解析度高，图像均匀；畸变管控完善，所摄画面变形极小，利于后期图像处理；温漂量小，能够完美地抵消温度扰动对成像质量的影响的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例一的700mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图3为本发明实施例一的400mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图4为本发明实施例一的1300mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图5为本发明实施例一的5000mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图6为本发明实施例一的常温(25℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图7为本发明实施例一的低温(-40℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图8为本发明实施例一的高温(80℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图9为本发明实施例一的横向色差图示意图；
图10为本发明实施例一的纵向像差图示意图；
图11为本发明实施例一的场曲和畸变图示意图；
图12为本发明实施例二的结构示意图；
图13为本发明实施例二的700mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图14为本发明实施例二的400mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图15为本发明实施例二的1300mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图16为本发明实施例二的5000mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图17为本发明实施例二的常温(25℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图18为本发明实施例二的低温(-40℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图19为本发明实施例二的高温(80℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图20为本发明实施例二的横向色差图示意图；
图21为本发明实施例二的纵向像差图示意图；
图22为本发明实施例二的场曲和畸变图示意图；
图23为本发明实施例三的结构示意图；
图24为本发明实施例三的700mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图25为本发明实施例三的400mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图26为本发明实施例三的1300mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图27为本发明实施例三的5000mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图28为本发明实施例三的常温(25℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图29为本发明实施例三的低温(-40℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图30为本发明实施例三的高温(80℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图31为本发明实施例三的横向色差图示意图；
图32为本发明实施例三的纵向像差图示意图；
图33为本发明实施例三的场曲和畸变图示意图；
图34为本发明实施例四的结构示意图；
图35为本发明实施例四的700mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图36为本发明实施例四的400mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图37为本发明实施例四的1300mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图38为本发明实施例四的5000mm物距的可见光435-650nm的MTF图；
图39为本发明实施例四的常温(25℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图40为本发明实施例四的低温(-40℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图41为本发明实施例四的高温(80℃)下的可见光435-650nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图42为本发明实施例四的横向色差图示意图；
图43为本发明实施例四的纵向像差图示意图；
图44为本发明实施例四的场曲和畸变图示意图；
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。
本发明公开了一种广角高清的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第八透镜；第一透镜至第八透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。
第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面。
第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面。
第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凸面。
第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凸面。
第五透镜具正屈光率，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凸面。
第六透镜具负屈光率，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凸面。
第七透镜具正屈光率，第七透镜的物侧面为凹面，第七透镜的像侧面为凸面。
第八透镜具正屈光率，第八透镜的物侧面为凸面，第八透镜的像侧面为凹面。
第二透镜、第四透镜、第七透镜和第八透镜均为塑料非球面透镜，第一透镜、第三透镜、第五透镜和第六透镜均采用玻璃材料制成；第一透镜至第八透镜中有两片透镜相互胶合；该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述第一透镜至第八透镜。
本发明采用八片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有视场角大，所摄画幅范围大，且图像分辨率高；采用玻塑混合设计，总长短，整体体积小，成本低廉，安装使用方便；景深大，在不同物距切换使用时，解析度高，图像均匀；畸变管控完善，所摄画面变形极小，利于后期图像处理；温漂量小，能够完美地抵消温度扰动对成像质量的影响的优点。
优选的，第五透镜与第六透镜相互胶合，进一步矫正色差。
更优选的，该光学成像镜头还满足：vd5-vd6>30，其中，vd5和vd6分别为第五透镜与第六透镜的色散系数，进一步矫正色差。
优选的，还包括光阑，光阑设置在第三透镜与第四透镜之间，采用前三后五光阑前置的结构，有效减小运动拍摄过程中的抖动对画面造成的影响。
优选的，第二透镜、第四透镜、第七透镜和第八透镜均为16阶偶次非球面，利于矫正二级光谱及高级像差。
优选的，该光学成像镜头还满足：nd1≥1.85，其中，nd1为第一透镜的折射率，能够更好地优化光学结构。
优选的，该光学成像镜头还满足：nd3≥1.85，其中，nd3为第三透镜的折射率，能够更好地优化光学结构。
优选的，该光学成像镜头还满足：nd6≥1.85，其中，nd6为第六透镜的折射率，能够更好地优化光学结构。
优选的，该光学成像镜头还满足：TTL<31.00mm，其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离，进一步缩短该光学成像镜头的总长。
下面将以具体实施例对本发明的广角高清的光学成像镜头进行详细说明。
实施例一
如图1所示，一种光学成像镜头，从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑9、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、保护片100和成像面110；该第一透镜1至第八透镜8各自包括一朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面。
第一透镜1具负屈光率，第一透镜1的物侧面11为凸面，第一透镜1的像侧面12为凹面。
第二透镜2具负屈光率，第二透镜2的物侧面21为凸面，第二透镜2的像侧面22为凹面，第二透镜2的物侧面21和像侧面22均为非球面。
第三透镜3具正屈光率，第三透镜3的物侧面31为凸面，第三透镜3的像侧面32为凸面。
第四透镜4具正屈光率，第四透镜4的物侧面41为凸面，第四透镜4的像侧面42为凹面，第四透镜4的物侧面41和像侧面42均为非球面。
第五透镜5具正屈光率，第五透镜5的物侧面51为凸面，第五透镜5的像侧面52为凸面。
第六透镜6具负屈光率，第六透镜6的物侧面61为凹面，第六透镜6的像侧面62为凸面。
第七透镜7具正屈光率，第七透镜7的物侧面71为凹面，第七透镜7的像侧面72为凸面，第七透镜7的物侧面71和像侧面72均为非球面。
第八透镜8具正屈光率，第八透镜8的物侧面81为凸面，第八透镜8的像侧面82为凹面，第八透镜8的物侧面81和像侧面82均为非球面。
第二透镜2、第四透镜4、第七透镜7和第八透镜8均为采用塑料材料制成，第一透镜1、第三透镜3、第五透镜5和第六透镜6均采用玻璃材料制成。
本具体实施例中，第五透镜5与第六透镜6相互胶合。当然，在其它实施例中，也可以是其它任意两个透镜相互胶合。
当然，在其它实施例中，光阑9也可以设置在其它合适位置。
本具体实施例的详细光学数据如表1-1所示。
表1-1实施例一的详细光学数据
Figure BDA0002459053860000061
Figure BDA0002459053860000071
本具体实施例中，物侧面21、物侧面41、物侧面71、物侧面81、像侧面22、像侧面42、像侧面72和像侧面82依下列非球面曲线公式定义：
Figure BDA0002459053860000072
其中：
z：非球面的深度(非球面上距离光轴为y的点，与相切于非球面光轴上顶点之切面，两者间的垂直距离)；
c：非球面顶点的曲率(the vertex curvature)；
K：锥面系数(Conic Constant)；
Figure BDA0002459053860000073
径向距离(radial distance)；
rn：归一化半径(normalization radius(NRADIUS))；
u：r/rn；
am：第m阶Qcon系数(is the mth Qcon coefficient)；
Qm con：第m阶Qcon多项式(the mth Qconpolynomial)；
各个非球面的参数详细数据请参考下表：
Figure BDA0002459053860000074
Figure BDA0002459053860000081
本具体实施例的MTF曲线图详见图2-5，可以看出解析度高，近物距700mm时，MTF中心250lp/mm>0.55，边缘250lp/mm>0.25，兼顾近物距设计，景深大，在不同物距切换使用时，解析度高，图像均匀；离焦曲线图请参阅图6-8，可以看出，温漂量小，减少了温度扰动对成像质量的影响，适用于-40℃～+80℃使用环境；横向色差图请参阅图9，纵向像差图请参阅图10，场曲及畸变图请参阅图11的(A)和(B)，可以看出本实施例色差小，像差小，畸变小，成像质量好，为后期图像处理提供了基础。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝4.55mm；光圈值FNO＝2.0；视场角FOV＝91°；第一透镜1的物侧面11至成像面110在光轴I上的距离TTL＝30.02mm。
实施例二
如图12所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第四透镜的屈光率为负，此外，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表2-1所示。
表2-1实施例二的详细光学数据
Figure BDA0002459053860000082
Figure BDA0002459053860000091
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
Figure BDA0002459053860000092
本具体实施例的MTF曲线图详见图13-16，可以看出解析度高，近物距700mm时，MTF中心250lp/mm>0.55，边缘250lp/mm>0.25，兼顾近物距设计，景深大，在不同物距切换使用时，解析度高，图像均匀；离焦曲线图请参阅图17-19，可以看出温漂量小，减少了温度扰动对成像质量的影响，适用于-40℃～+80℃使用环境；横向色差图请参阅图20，纵向像差图请参阅图21，场曲及畸变图请参阅图22的(A)和(B)，可以看出本实施例色差小，像差小，畸变小，成像质量好，为后期图像处理提供了基础。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝4.55mm；光圈值FNO＝2.0；视场角FOV＝91°；第一透镜1的物侧面11至成像面110在光轴I上的距离TTL＝30.27mm。
实施例三
如图23所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表3-1所示。
表3-1实施例三的详细光学数据
Figure BDA0002459053860000101
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
Figure BDA0002459053860000102
Figure BDA0002459053860000111
本具体实施例的MTF曲线图详见图24-27，可以看出解析度高，近物距700mm时，MTF中心250lp/mm>0.55，边缘250lp/mm>0.25，兼顾近物距设计，景深大，在不同物距切换使用时，解析度高，图像均匀；离焦曲线图请参阅图28-30，可以看出温漂量小，减少了温度扰动对成像质量的影响，适用于-40℃～+80℃使用环境；横向色差图请参阅图31，纵向像差图请参阅图32，场曲及畸变图请参阅图33的(A)和(B)，可以看出本实施例色差小，像差小，畸变小，成像质量好，为后期图像处理提供了基础。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝4.55mm；光圈值FNO＝2.0；视场角FOV＝91°；第一透镜1的物侧面11至成像面110在光轴I上的距离TTL＝30.09mm。
实施例四
如图34所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表4-1所示。
表4-1实施例四的详细光学数据
Figure BDA0002459053860000112
Figure BDA0002459053860000121
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
Figure BDA0002459053860000122
本具体实施例的MTF曲线图详见图35-38，可以看出解析度高，近物距700mm时，MTF中心250lp/mm>0.55，边缘250lp/mm>0.25，兼顾近物距设计，景深大，在不同物距切换使用时，解析度高，图像均匀；离焦曲线图请参阅图39-41，可以看出温漂量小，减少了温度扰动对成像质量的影响，适用于-40℃～+80℃使用环境；横向色差图请参阅图42，纵向像差图请参阅图43，场曲及畸变图请参阅图44的(A)和(B)，可以看出本实施例色差小，像差小，畸变小，成像质量好，为后期图像处理提供了基础。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝4.53mm；光圈值FNO＝2.0；视场角FOV＝91.5°；第一透镜1的物侧面11至成像面110在光轴I上的距离TTL＝30.08mm。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种广角高清的光学成像镜头，其特征在于：从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第八透镜；第一透镜至第八透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；
第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凸面；
第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凹面；
第五透镜具正屈光率，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凸面；
第六透镜具负屈光率，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凸面；
第七透镜具正屈光率，第七透镜的物侧面为凹面，第七透镜的像侧面为凸面；
第八透镜具正屈光率，第八透镜的物侧面为凸面，第八透镜的像侧面为凹面；
第二透镜、第四透镜、第七透镜和第八透镜均为塑料非球面透镜，第一透镜、第三透镜、第五透镜和第六透镜均采用玻璃材料制成；第一透镜至第八透镜中有两片透镜相互胶合；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述第一透镜至第八透镜。
2.根据权利要求1所述的广角高清的光学成像镜头，其特征在于：第五透镜与第六透镜相互胶合。
3.根据权利要求2所述的广角高清的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：vd5-vd6>30，其中，vd5和vd6分别为第五透镜与第六透镜的色散系数。
4.根据权利要求1所述的广角高清的光学成像镜头，其特征在于：还包括光阑，光阑设置在第三透镜与第四透镜之间。
5.根据权利要求1所述的广角高清的光学成像镜头，其特征在于：第二透镜、第四透镜、第七透镜和第八透镜均为16阶偶次非球面。
6.根据权利要求1所述的广角高清的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：nd1≥1.85，其中，nd1为第一透镜的折射率。
7.根据权利要求1所述的广角高清的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：nd3≥1.85，其中，nd3为第三透镜的折射率。
8.根据权利要求1所述的广角高清的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：nd6≥1.85，其中，nd6为第六透镜的折射率。
9.根据权利要求1所述的广角高清的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：TTL<31.00mm，其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。
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