CN111708144A - 一种大广角低畸变视讯光学系统及镜头 - Google Patents

一种大广角低畸变视讯光学系统及镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大广角低畸变视讯光学系统及镜头，光学系统包括自物侧至像侧依次设置的：第一透镜，具有负光焦度；第二透镜，具有负光焦度且与第一透镜间隔设置；第三透镜，具有负光焦度且与第二透镜间隔设置；第四透镜，具有正光焦度且与第三透镜间隔设置；光阑，与第四透镜间隔设置并用于限制光束口径；第五透镜，具有正光焦度且与光阑间隔设置；第六透镜，具有负光焦度且与第五透镜间隔设置；第七透镜，有正光焦度且与第六透镜组成粘合透镜；第八透镜，具有正光焦度且与第七透镜间隔设置。通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，获得高清分辨率的同时，实现了视讯光学系统的低畸变和高相对照度。

Description

一种大广角低畸变视讯光学系统及镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，特别涉及一种大广角低畸变视讯光学系统及镜头。
背景技术
市场上现有大广角高清视讯类镜头(4K分辨率及以上)，主要有全玻璃球面镜头或者波塑混合镜头两类。前者普遍畸变较大，越来越不能适应视频通话领域的低畸变要求，另外，全玻璃镜头相对照度较低；而后者的塑胶镜片材料本身的透过率就明显低于玻璃材料，导致镜头整体通透性较差，且塑胶材料会逐渐老化，因此使用寿命不长，一般2～3年左右。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种大广角低畸变视讯光学系统及镜头，可解决全玻璃球面镜头的大畸变和低照度问题。
根据本发明第一方面实施例的一种大广角低畸变视讯光学系统，包括自物侧至像侧依次设置的：第一透镜，其具有负光焦度；第二透镜，其具有负光焦度且与第一透镜间隔设置；第三透镜，其具有负光焦度且与第二透镜间隔设置；第四透镜，其具有正光焦度且与第三透镜间隔设置；光阑，其与第四透镜间隔设置并用于限制光束口径；第五透镜，其具有正光焦度且与光阑间隔设置；第六透镜，其具有负光焦度且与第五透镜间隔设置；第七透镜，其具有正光焦度且与第六透镜组成粘合透镜；第八透镜，其具有正光焦度且与第七透镜间隔设置。
根据本发明第一方面实施例的大广角低畸变视讯光学系统，至少具有如下有益效果：通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，获得高清分辨率的同时，实现了视讯光学系统的低畸变和高相对照度。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；所述第二透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第三透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第四透镜的两个面均为凸面；第五透镜的两个面均为凸面；第六透镜的两个面均为凹面；第七透镜的两个面均为凸面；第八透镜的两个面均为凸面。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述大广角低畸变视讯光学系统满足以下关系式
-2<f1-3/f<-0.8；
2<f4/f<4；
2<f5/f<4；
-4<f6-7/f<-2；
2<f8/f<4；
10<TL/f<15；
其中，f为大广角低畸变视讯光学系统的焦距，f1-3为第一透镜、第二透镜和第三透镜的组合焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f6-7为第六透镜和第七透镜的组合焦距，f8为第八透镜的焦距，TL为大广角低畸变视讯光学系统的总体长度。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述大广角低畸变视讯光学系统满足以下关系式
Nd1≤1.8；Nd2≤1.6；Nd3≤1.8；
Nd4≥1.7；Nd5≥1.7；
|Nd6-Nd7|≥0.2；
Nd8≤1.8；
其中，Nd1为第一透镜的折射率，Nd2为第二透镜的折射率，Nd3为第三透镜的折射率，Nd4为第四透镜的折射率，Nd5为第五透镜的折射率，Nd6为第六透镜的折射率，Nd7为第七透镜的折射率，Nd8为第八透镜的折射率。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述大广角低畸变视讯光学系统满足以下关系式
Vd1≥30；Vd2≥50；Vd3≥30；
Vd4≤50；Vd5≤50；
|Vd6-Vd7|≥30；
Vd8≥50；
其中，Vd1为第一透镜的色散系数，Vd2为第二透镜的色散系数，Vd3为第三透镜的色散系数，Vd4为第四透镜的色散系数，Vd5为第五透镜的色散系数，Vd6为第六透镜的色散系数，Vd7为第七透镜的色散系数，Vd8为第八透镜的色散系数。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜均采用玻璃材质。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第二透镜、第八透镜为非球面镜片。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第八透镜和像侧之间设置有滤光片。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述滤光片和像侧之间设置有保护玻璃。
根据本发明第二方面实施例的一种大广角低畸变视讯镜头，包括镜筒，以及设置在镜筒内的所述大广角低畸变视讯光学系统。
根据本发明第二方面实施例的大广角低畸变视讯光学系统，至少具有如下有益效果：通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，获得高清分辨率的同时，实现了视讯镜头的低畸变和高相对照度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一方面实施例的大广角低畸变视讯光学系统示意图；
图2为本发明第一方面实施例的大广角低畸变视讯光学系统MTF曲线图；
图3为本发明第一方面实施例的大广角低畸变视讯光学系统畸变曲线图；
图4为本发明第一方面实施例的大广角低畸变视讯光学系统相对照度曲线图。
附图标记：
第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、光阑5、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9、感光芯片10、滤光片11、保护玻璃12。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1所示，为本技术方案根据本发明第一方面实施例的一种大广角低畸变视讯光学系统，包括自物侧至像侧依次设置的：第一透镜1，其具有负光焦度；第二透镜2，其具有负光焦度且与第一透镜1间隔设置；第三透镜3，其具有负光焦度且与第二透镜2间隔设置；第四透镜4，其具有正光焦度且与第三透镜3间隔设置；光阑5，其与第四透镜4间隔设置并用于限制光束口径；第五透镜6，其具有正光焦度且与光阑5间隔设置；第六透镜7，其具有负光焦度且与第五透镜6间隔设置；第七透镜8，其具有正光焦度且与第六透镜7组成粘合透镜；第八透镜9，其具有正光焦度且与第七透镜8间隔设置。其中，像侧用于设置感光芯片10，感光芯片10与第八透镜9间隔设置，用于捕捉成像信号并形成图像。
本实施例通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，获得高清分辨率的同时，实现了视讯光学系统的低畸变和高相对照度。
在本发明第一方面的一些实施例中，第一透镜1朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第二透镜2朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第三透镜3朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第四透镜4的两个面均为凸面；第五透镜6的两个面均为凸面；第六透镜7的两个面均为凹面；第七透镜8的两个面均为凸面；第八透镜9的两个面均为凸面。第八透镜9朝向像侧的表面为凸面，有利于减小轴周边视场主光线在像面上的入射角，从而提高相对照度。
在本发明第一方面的一些实施例中，大广角低畸变视讯光学系统满足以下关系式
-2<f1-3/f<-0.8；
2<f4/f<4；
2<f5/f<4；
-4<f6-7/f<-2；
2<f8/f<4；
10<TL/f<15；
其中，f为大广角低畸变视讯光学系统的焦距，f1-3为第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3的组合焦距，f4为第四透镜4的焦距，f5为第五透镜6的焦距，f6-7为第六透镜7和第七透镜8的组合焦距，f8为第八透镜9的焦距，TL为大广角低畸变视讯光学系统的总体长度。
本实施例的镜头光学系统中各镜片光焦度具有合理的分配比例，上述第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3共同作用，有利于减小光束经过前组透镜后与光轴的夹角，迅速降低光线高度，以合理的高度入射到第四透镜4上，为后组进一步校正像差，提升镜头解像力做准备，同时有利于增大视场角，实现广角成像。由第四透镜4、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8和第八透镜9形成一个对称形结构，有利于校正球差和彗差，并能减小系统畸变，以实现大广角高分辨率，以及低畸变。
在本发明第一方面的一些实施例中，大广角低畸变视讯光学系统满足以下关系式
Nd1≤1.8；Nd2≤1.6；Nd3≤1.8；
Nd4≥1.7；Nd5≥1.7；
|Nd6-Nd7|≥0.2；
Nd8≤1.8；
其中，Nd1为第一透镜1的折射率，Nd2为第二透镜2的折射率，Nd3为第三透镜3的折射率，Nd4为第四透镜4的折射率，Nd5为第五透镜6的折射率，Nd6为第六透镜7的折射率，Nd7为第七透镜8的折射率，Nd8为第八透镜9的折射率。
在本实施例中，满足上述折射率关系的透镜组合结构，有利于实现光焦度合理分配，能较好的校正球差，场曲等像差，从而提高镜头分辨率；第六透镜7使用高折射率材料能提前增加光线高度，有利于减小轴周边视场光束主光线入射到像面上的入射角，从而提高相对照度。
在本发明第一方面的一些实施例中，大广角低畸变视讯光学系统满足以下关系式
Vd1≥30；Vd2≥50；Vd3≥30；
Vd4≤50；Vd5≤50；
|Vd6-Vd7|≥30；
Vd8≥50；
其中，Vd1为第一透镜1的色散系数，Vd2为第二透镜2的色散系数，Vd3为第三透镜3的色散系数，Vd4为第四透镜4的色散系数，Vd5为第五透镜6的色散系数，Vd6为第六透镜7的色散系数，Vd7为第七透镜8的色散系数，Vd8为第八透镜9的色散系数。
上述各透镜选择合理色散系数的材料，尤其是第六透镜7和第七透镜8的高低色散系数相互搭配，有利于校正系统色差，提供高分辨率彩色图像，保证成像效果。
在本发明第一方面的一些实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9均采用玻璃材质，由于玻璃材质对可见光的透过率非常高，造成的光损失远小于塑胶材质，因此整个系统的透过率也很高，最终成像的通透性好，另外，玻璃材质相对于塑胶材质而言，不存在材料老化问题，对环境的耐候性要远好于塑胶材质，因此使得镜头使用寿命和质量得到较好的保证；
在本发明第一方面的一些实施例中，第二透镜2、第八透镜9为非球面镜片，由于非球面面型的自由度大，对光线的偏折及像差的校正能力都明显强于球面，能在进一步提升镜头分辨率的同时，校正镜头畸变。
在本发明第一方面的一些实施例中，第八透镜9和像侧(感光芯片10)之间设置有滤光片11。滤光片11能过滤一部分杂散光线，使图像像质清晰，色彩亮丽。
进一步，在本发明第一方面的一些实施例中，滤光片11和像侧(感光芯片10)之间设置有护玻璃12，保护玻璃12可以保护感光芯片10免受碰撞破坏。
在本发明的一些实施例中，通过尽量少设置渐晕或不设渐晕，使周边视场光线尽量多的通过镜头到达芯片表面，从而使得镜头获得较高的相对照度，保证整体像面亮度的均匀性和通透性。
在本发明的一些实施例中，大广角低畸变高清镜头的焦距f＝1.87mm，FNO＝2.4，视场角FOV为125°，光学系统总长TL＝24.05mm，可搭配用于1/2.7”感光芯片。
本实施例镜头具体参数如下表所示：
Figure BDA0002536742900000071
Figure BDA0002536742900000081
在上表中，半径R、厚度及半口径的单位均为毫米；标记“*”的面表示非球面，非球面透镜的面型满足以下关系式：
Figure BDA0002536742900000082
式中，参数c为透镜半径所对应的曲率，y为径向坐标，径向坐标的单位与透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面型曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面型曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面型曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面型曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面型曲线为扁椭圆形；a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。详细的非球面相关参数如下表所示：
k a<sub>1</sub> a<sub>2</sub> a<sub>3</sub> a<sub>4</sub>
*S3 0.5695948 0 0.0012541625 -9.0328239e-05 1.396244e-06
*S4 -0.7316242 0 0.00040671943 9.6303747e-05 -3.6641635e-05
*S15 -9.432606 0 0.0020251664 -9.0872953e-05 -3.6869499e-08
*S16 -2.626656 0 0.00055463846 -3.6004917e-05 7.2771795e-06
续表：
a<sub>5</sub> a<sub>6</sub> a<sub>7</sub> a<sub>8</sub>
*S3 1.3195925e-08 -1.1136212e-09 1.1313496e-11 0
*S4 -4.4038813e-07 6.8254715e-08 -1.9240785e-09 0
*S15 4.9321755e-07 -5.1499873e-08 1.5528758e-09 0
*S16 -6.8105408e-07 1.3699977e-08 7.0698579e-12 0
图2至图4为本发明实施例的光学性能图，其中图2为光学系统MTF曲线，用来评价光学系统的分辨能力，从图中曲线可以看出，中心接近衍射极限，且各视场MTF在300lp/mm处均大于0.2，完全能达到4K像质，实现高清画质；图3为光学系统的畸变曲线，视场角为115°时畸变仅为-4.2％，全视场角125°时为-10％，畸变量很小，保证成像画面出现尽量小的形变量；图4为光学系统的相对照度曲线，全视场相对照度为70％，较高的相对照度能保证整体画面亮度的均匀性，即使在画面边角也不会存在暗角。
根据本发明第二方面实施例的一种大广角低畸变视讯镜头，包括镜筒，以及设置在镜筒内的大广角低畸变视讯光学系统，通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，获得高清分辨率的同时，实现了视讯镜头的低畸变和高相对照度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种大广角低畸变视讯光学系统，其特征在于：包括自物侧至像侧依次设置的
第一透镜(1)，其具有负光焦度；
第二透镜(2)，其具有负光焦度且与第一透镜(1)间隔设置；
第三透镜(3)，其具有负光焦度且与第二透镜(2)间隔设置；
第四透镜(4)，其具有正光焦度且与第三透镜(3)间隔设置；
光阑(5)，其与第四透镜(4)间隔设置并用于限制光束口径；
第五透镜(6)，其具有正光焦度且与光阑(5)间隔设置；
第六透镜(7)，其具有负光焦度且与第五透镜(6)间隔设置；
第七透镜(8)，其具有正光焦度且与第六透镜(7)组成粘合透镜；
第八透镜(9)，其具有正光焦度且与第七透镜(8)间隔设置。
2.根据权利要求1所述的大广角低畸变视讯光学系统，其特征在于：所述第一透镜(1)朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；所述第二透镜(2)朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第三透镜(3)朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第四透镜(4)的两个面均为凸面；第五透镜(6)的两个面均为凸面；第六透镜(7)的两个面均为凹面；第七透镜(8)的两个面均为凸面；第八透镜(9)的两个面均为凸面。
3.根据权利要求1或2所述的大广角低畸变视讯光学系统，其特征在于：所述大广角低畸变视讯光学系统满足以下关系式
-2<f1-3/f<-0.8；
2<f4/f<4；
2<f5/f<4；
-4<f6-7/f<-2；
2<f8/f<4；
10<TL/f<15；
其中，f为大广角低畸变视讯光学系统的焦距，f1-3为第一透镜(1)、第二透镜(2)和第三透镜(3)的组合焦距，f4为第四透镜(4)的焦距，f5为第五透镜(6)的焦距，f6-7为第六透镜(7)和第七透镜(8)的组合焦距，f8为第八透镜(9)的焦距，TL为大广角低畸变视讯光学系统的总体长度。
4.根据权利要求1或2所述的大广角低畸变视讯光学系统，其特征在于：所述大广角低畸变视讯光学系统满足以下关系式
Nd1≤1.8；Nd2≤1.6；Nd3≤1.8；
Nd4≥1.7；Nd5≥1.7；
|Nd6-Nd7|≥0.2；
Nd8≤1.8；
其中，Nd1为第一透镜(1)的折射率，Nd2为第二透镜(2)的折射率，Nd3为第三透镜(3)的折射率，Nd4为第四透镜(4)的折射率，Nd5为第五透镜(6)的折射率，Nd6为第六透镜(7)的折射率，Nd7为第七透镜(8)的折射率，Nd8为第八透镜(9)的折射率。
5.根据权利要求1或2所述的大广角低畸变视讯光学系统，其特征在于：所述大广角低畸变视讯光学系统满足以下关系式
Vd1≥30；Vd2≥50；Vd3≥30；
Vd4≤50；Vd5≤50；
|Vd6-Vd7|≥30；
Vd8≥50；
其中，Vd1为第一透镜(1)的色散系数，Vd2为第二透镜(2)的色散系数，Vd3为第三透镜(3)的色散系数，Vd4为第四透镜(4)的色散系数，Vd5为第五透镜(6)的色散系数，Vd6为第六透镜(7)的色散系数，Vd7为第七透镜(8)的色散系数，Vd8为第八透镜(9)的色散系数。
6.根据权利要求1或2所述的大广角低畸变视讯光学系统，其特征在于：所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(6)、第六透镜(7)、第七透镜(8)、第八透镜(9)均采用玻璃材质。
7.根据权利要求6所述的大广角低畸变视讯光学系统，其特征在于：所述第二透镜(2)与第八透镜(9)为非球面镜片。
8.根据权利要求1所述的大广角低畸变视讯光学系统，其特征在于：所述第八透镜(9)和像侧之间依次设置有滤光片(11)。
9.根据权利要求1所述的大广角低畸变视讯光学系统，其特征在于：所述滤光片(11)和像侧之间依次设置有保护玻璃(12)。
10.一种大广角低畸变视讯镜头，其特征在于：包括镜筒，以及设置在镜筒内的如权利要求1至9任一所述的大广角低畸变视讯光学系统。
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