CN111796401A

CN111796401A - 一种超广角镜头

Info

Publication number: CN111796401A
Application number: CN202010796309.1A
Authority: CN
Inventors: 姚晨; 何剑炜; 张磊
Original assignee: Dongguan Yutong Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Dongguan Yutong Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2020-10-20

Abstract

本发明实施例提供一种超广角镜头，包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；所述第一透镜为具有负光焦度的塑料非球面透镜，所述第二透镜为具有正光焦度的玻璃球面透镜，所述第三透镜为具有正光焦度的塑料非球面透镜，所述第四透镜为具有负光焦度的塑料非球面透镜；所述第一透镜以及所述第四透镜均为弯月型透镜，所述第二透镜和所述第三透镜均为双凸透镜，其中，所述弯月型透镜包括凹凸透镜和凸凹透镜。本发明实施例提供一种超广角镜头，以实现超广角镜头的角度大、成本低、亮度高和畸变小。

Description

一种超广角镜头

技术领域

本发明涉及镜头技术，尤其涉及一种超广角镜头。

背景技术

超广角镜头具有更广阔的视野，因此被广泛应用于需要大范围监控的场合，镜头作为安防监控设施的主要构成部分，其性能决定了安防监控的成像性能，镜头中透镜的个数决定了镜头的成本。由于角度大，因此此类镜头往往存在着边缘成像不清晰，边缘亮度低的特点。

目前常见的超广角镜头需要6至7枚玻塑混合的镜片才能达到120°以上的视场角，且亮度小于45％。但是镜片的数量太多，增加了镜头的成本。

发明内容

本发明实施例提供一种超广角镜头，以实现超广角镜头的角度大、成本低、亮度高和畸变小。

本发明实施例提供一种超广角镜头，包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；

所述第一透镜为具有负光焦度的塑料非球面透镜，所述第二透镜为具有正光焦度的玻璃球面透镜，所述第三透镜为具有正光焦度的塑料非球面透镜，所述第四透镜为具有负光焦度的塑料非球面透镜；

所述第一透镜以及所述第四透镜均为弯月型透镜，所述第二透镜和所述第三透镜均为双凸透镜，其中，所述弯月型透镜包括凹凸透镜和凸凹透镜。

可选地，所述第二透镜的焦距为f2，所述超广角镜头的光学系统焦距为f；

1.92≤∣f2/f∣≤3.16。

可选地，所述超广角镜头的光学总长为TTL，所述第二透镜于光轴上的中心厚度为CT2；

CT2/TTL＞0.12；

其中，所述超广角镜头的光学总长为所述第一透镜临近所述物面一侧的表面到所述像面的距离。

可选地，所述第三透镜临近所述像面一侧表面到所述第四透镜临近所述物面一侧表面的轴上距离为L1，所述第四透镜临近所述像面一侧表面到所述像面的距离为L2，0.05≤L1/L2≤0.25。

可选地，还包括芯片，所述芯片位于所述第四透镜远离所述第三透镜一侧，所述芯片包括芯片探测面，所述芯片探测面的最大像高为IC，所述超广角镜头的光学总长为TTL；IC/TTL>0.26；其中，所述超广角镜头的光学总长为所述第一透镜临近所述物面一侧的表面到所述像面的距离。

可选地，还包括光阑，所述光阑位于所述第二透镜与所述第三透镜之间。

可选地，所述第一透镜的焦距为f1，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4，所述超广角镜头的光学系统焦距为f；

1.32≤∣f1/f∣≤2.23；0.7≤∣f3/f∣≤1.3；∣f4/f∣≤1.6。

可选地，所述第一透镜的阿贝数大于或者等于50。

可选地，所述第二透镜的折射率大于或者等于1.75。

可选地，所述超广角镜头的F-Theta畸变小于10％。

本发明实施例提供的超广角镜头采用4个透镜，一个玻璃球面透镜与三个塑料非球面透镜形成混合的光学结构，塑料非球面透镜相对于玻璃球面透镜而言，具有更低的成本以及更小的重量。玻璃球面透镜在不同的温度下具有较小的形变。一个玻璃球面透镜与三个塑料非球面透镜形成混合的光学结构，保证了定焦镜头在较大温差范围(例如-30℃～+80℃)下的正常工作。保证了日夜共焦。超广角镜头的视场角满足120°～140°，亮度可达到45％-52％，成像分辨率能达到2～5百万像素。本发明实施例提供一种超广角镜头，以实现超广角镜头的角度大、成本低、亮度高和畸变小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种超广角镜头的结构示意图；

图2为图1中所示超广角镜头的场曲示意图；

图3为图1中所示超广角镜头的畸变示意图；

图4-图9为图1中所示超广角镜头的光扇示意图；

图10为图1中所示超广角镜头的点阵示意图；

图11为图1中所示超广角镜头的MTF曲线示意图；

图12为图1中所示超广角镜头的照度示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种超广角镜头的结构示意图，参考图1，超广角镜头包括沿物面OB指向像面IM方向依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4。第一透镜1为具有负光焦度的塑料非球面透镜，第二透镜2为具有正光焦度的玻璃球面透镜，第三透镜3为具有正光焦度的塑料非球面透镜，第四透镜4为具有负光焦度的塑料非球面透镜。第一透镜1以及第四透镜4均为弯月型透镜，第二透镜2和第三透镜3均为双凸透镜，其中，弯月型透镜包括凹凸透镜和凸凹透镜。凹凸透镜为近物面朝向像面IM凸起且近像面朝向像面IM凸起的透镜，凸凹透镜为近物面朝向物面OB凸起且近像面朝向物面OB凸起的透镜，双凸透镜为近物面朝向物面OB凸起且近像面朝向像面IM凸起的透镜。

需要说明的是，上述有益效果并非仅在“一个玻璃球面透镜与三个塑胶非球面透镜形成混合的光学结构”条件下实现的，而是还要结合第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4的光焦度、表面凹凸性，以及玻璃球面透镜的位置等因素共同实现的。

可选地，第二透镜2的焦距为f2，超广角镜头的光学系统焦距为f，满足：1.92≤∣f2/f∣≤3.16。第二透镜2采用双凸正光焦度透镜，用于承担系统较大光焦度的同时起到校正场曲的作用。本发明实施例限定了第二透镜2的焦距与光学系统焦距的关系，即限定了第二透镜2的焦距数值，也就是说，通过对第二透镜2的焦距设计，实现超广角镜头的角度大、成本低、亮度高和畸变小，并优化了超广角镜头的场曲。

可以理解的是，光学设计中，透镜的焦距由透镜的前、后两个表面的结构决定，透镜的焦距反映了透镜的前、后两个表面组合后的整体情况，为透镜的一个结构参数。

可选地，参考图1，超广角镜头的光学总长为TTL，第二透镜2于光轴上的中心厚度为CT2，也就是说，第二透镜2的近像面与近物面在光轴上的距离为CT2。满足：CT2/TTL＞0.12。其中，超广角镜头的光学总长为第一透镜1临近物面OB一侧的表面到像面IM的距离。本发明实施例中，CT2/TTL＞0.12，从而保证双凸正光焦度的第二透镜2具有较大的光焦度。

可选地，参考图1，第三透镜3临近像面一侧表面IM到第四透镜4临近物面OB一侧表面的轴上距离为L1，即，第三透镜3的近像面到第四透镜4的近物面的轴上距离为L1，也就是说，第三透镜3到第四透镜4之间的空气间隔为L1。第四透镜4临近像面IM一侧表面到像面IM的距离为L2，L1和L2满足：0.05≤L1/L2≤0.25。本发明实施例中，通过设置0.05≤L1/L2≤0.25，以矫正超广角镜头的边缘相差，提升超广角镜头的成像质量。

可选地，参考图1，超广角镜头还包括芯片5，芯片5位于第四透镜4远离第三透镜3一侧，芯片5包括芯片探测面，芯片探测面的最大像高为IC，超广角镜头的光学总长为TTL。IC和TTL满足：IC/TTL>0.26。其中，超广角镜头的光学总长为第一透镜1临近物面OB一侧的表面到像面IM的距离。超广角镜头的像面IM可以位于芯片探测面上，从而经过超光角镜头所成的像被芯片5的芯片探测面接收，并被芯片5进行后续处理，后续处理例如可以包括记录、显示、存储经过超光角镜头所成的像。本发明实施例中，IC/TTL>0.26，因此超广角镜头的光学总长不至于过大，也就是说，减小了超广角镜头的光学总长，从而实现了超广角镜头的小型化。

可选地，参考图1，超广角镜头还包括光阑STOP，光阑STOP位于第二透镜2与第三透镜3之间。光阑STOP是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体。光阑STOP例如可以为带孔屏。由于在超广角镜头设计之初，设计目标为：超广角镜头具有像面入射角，因此对应的将光阑STOP设置于第二透镜2与第三透镜3之间。这样设置的优点还包括：有利于使得相对照度比较大。

可选地，参考图1，第一透镜1的焦距为f1，第三透镜3的焦距为f3，第四透镜4的焦距为f4，超广角镜头的光学系统焦距为f。f1、f3和f4满足：1.32≤∣f1/f∣≤2.23，0.7≤∣f3/f∣≤1.3，∣f4/f∣≤1.6。

可选地，第一透镜1的阿贝数大于或者等于50。由于第一透镜1的阿贝数大于或者等于50，第一透镜1具有较高的色散能力，有助于矫正超广角镜头的像差。

可选地，第二透镜2的折射率大于或者等于1.75，第二透镜2具有较高的折射率，从而有助于超广角镜头的公差矫正且对高低温性能有帮助。

可选地，超广角镜头的F-Theta畸变小于10％。F-Theta畸变是用弧度的方式来表示光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度。本发明实施例中，超广角镜头的F-Theta畸变小于10％，超广角镜头具有较小的畸变。

示例性地，超广角镜头的光圈F满足：2.0≤F≤2.35。

表1超广角镜头的一种设计值

面序号	面型	曲率半径(mm)	厚度(mm)	折射率	K值
						S1	非球面	8.65	1.27	1.53	-10.26
S2	非球面	2.09	5.18		-0.66
						S3	标准面	-97.73	3.82	1.8
S4	标准面	-7.48	-0.13
						光阑	PL	Infinity	3.0
S6	非球面	5.17	2.74	1.53	-0.17
						S7	非球面	-2.25	0.05		-0.87
S8	非球面	-1.97	1.06	1.63	-0.63
						S9	非球面	-6.19	3.45		-11.65

表1示出了超广角镜头的一种设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本发明实施例的限制。表1中示出的超广角镜头可以为图1中所示。一个透镜一般包括两个表面，每一个表面为一个折射面。表1中的面序号根据各个透镜的表面来进行编号。其中，面序号“S1”表示第一透镜1的近物面，面序号“S2”表示第一透镜1的近像面，依次类推，在此不再赘述。需要注意的是，“面序号”一栏中的“光阑”表示光阑所在平面。“面型”一栏中的“PL”代表平面，曲率半径为无穷大。“面型”一栏中的“标准面”代表球面。曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正的曲率半径值表示曲率中心在表面靠近像面IM一侧，负的曲率半径值代表曲率中心在表面远离像面IM一侧。“厚度”一栏中的数值表示当前表面到下一个表面的轴向距离。“折射率”一栏表示当前表面到下一个表面之间介质的折射率。“折射率”一栏中的空格为空气的折射率，空气的折射率为1。K值代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。

可选地，非球面透镜的表面满足公式：

其中，z为表面Z向的轴向矢高，r为非球面的高度，c为拟合球面的曲率，数值上c为曲率半径的倒数，k为拟合圆锥系数，A,B,C,D,E,F为非球面系数，具体地，A,B,C,D,E,F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶和14阶项系数。

表2超广角镜头中透镜的非球面系数的一种设计值

面序号

A

B

C

D

E

F

S1

-8.12E-04

-1.75E-05

1.11E-06

-1.44E-08

-1.83E-10

5.21E-12

S2

-1.41E-03

4.28E-04

-1.48E-04

2.50E-05

-2.41E-06

9.25E-08

S6

1.25E-03

-4.24E-04

1.25E-04

-3.44E-05

4.45E-06

-4.18E-07

S7

7.06E-03

1.70E-05

1.44E-04

-2.27E-05

-1.19E-06

1.87E-07

S8

1.92E-02

1.60E-04

1.26E-05

8.52E-06

-1.98E-06

2.23E-07

S9

3.87E-03

4.74E-04

-2.03E-05

-1.49E-05

3.50E-06

-1.95E-07

表2为超广角镜头中透镜的非球面系数的一种设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本发明实施例的限制。表2中示出的超广角镜头可以为图1中所示。表2中“面序号”一栏与表1中“面序号”的含义相一致，例如面序号“S1”也表示第一透镜1的近物面。本发明各实施例中的“E”表示以10为底的指数，例如-8.12E-04的数值大小为-0.000812。

图2为图1中所示超广角镜头的场曲示意图，参考图2，其中，横坐标代表场曲的数值大小，单位是毫米，+Y轴代表不同视场角，例如视角为160°，0.1视场代表16°，+Y轴划分为0.1，0.2至1视场(即+Y轴的10个刻度)。T子午场曲,S弧矢场曲，场曲曲线显示作为视场坐标函数的当前的焦平面或像平面到近轴焦面的距离。由图2可见，本发明实施例提供的超广角透镜，在各个视角下的场曲较小。

图3为图1中所示超广角镜头的畸变示意图，参考图3，一般来说，镜头畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真。但因为这是透镜的固有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线)，所以无法消除，只能改善。横坐标代表百分比，纵坐标+Y轴代表不同视场角。由图3可见，超广角镜头在0.1视场至0.8视场内的畸变均较小，小于10％。

图4-图9为图1中所示超广角镜头的光扇示意图，参考图4-图9，图4-图9中分别在波长0.486μm、0.588μm、0.656μm和0.436μm下获取的光扇示意图。从物点发出的一束光，我们通常只使用这一束光的两个剖面来分析光线差：过光瞳Y轴的光束剖面，称为子午光扇，用归一化光瞳坐标Py来表示子午光扇上的任一条光线；过光瞳X轴的光束剖面，称为弧矢光扇，用归一化光瞳坐标Px来表示弧矢光扇上的任一条光线。ey表示子午光扇上光线在理想像面上对理想成像点的偏移(即子午光扇上的光线差)。ex表示弧矢光扇上光线在理想像面上对理想成像点的偏移(即弧矢光扇上的光线差)。其中，图4代表物面0.00°所在视场下的光扇示意图，图5代表物面28.17°所在视场下的光扇示意图，图6代表物面39.84°所在视场下的光扇示意图，图7代表物面48.80°所在视场下的光扇示意图，图8代表物面56.35°所在视场下的光扇示意图，图9代表物面63.00°所在视场下的光扇示意图，也就是说，图4-图9分别代表不同视场下像差随归一化孔径值的变化，可见，变化范围在±20μm以内，球差，慧差，像散非常小。

图10为图1中所示超广角镜头的点阵示意图，参考图10，点阵分别在波长0.4861μm、0.5876μm、0.6563μm和0.4360μm下获取，在物面0.00°所在视场下艾里斑半径为0.801μm，在物面28.17°所在视场下艾里斑半径为1.682μm，在物面39.84°所在视场下艾里斑半径为1.936μm，在物面48.80°所在视场下艾里斑半径为2.126μm，在物面56.35°所在视场下艾里斑半径为2.313μm，在物面63.00°所在视场下艾里斑半径为2.849μm，在不同视场位置处的艾里斑半径均小于3μm。

图11为图1中所示超广角镜头的MTF曲线示意图，参考图11，由图11可见，超广角镜头满足2MP-5MP像质需求。

图12为图1中所示超广角镜头的照度示意图，参考图12，由图12可见，在不同视场位置处，相对照度均大于50％(即0.5)。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种超广角镜头，其特征在于，包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；

2.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述第二透镜的焦距为f2，所述超广角镜头的光学系统焦距为f；

1.92≤∣f2/f∣≤3.16。

3.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述超广角镜头的光学总长为TTL，所述第二透镜于光轴上的中心厚度为CT2；

CT2/TTL＞0.12；

4.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述第三透镜临近所述像面一侧表面到所述第四透镜临近所述物面一侧表面的轴上距离为L1，所述第四透镜临近所述像面一侧表面到所述像面的距离为L2，0.05≤L1/L2≤0.25。

5.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，还包括芯片，所述芯片位于所述第四透镜远离所述第三透镜一侧，所述芯片包括芯片探测面，所述芯片探测面的最大像高为IC，所述超广角镜头的光学总长为TTL；IC/TTL>0.26；其中，所述超广角镜头的光学总长为所述第一透镜临近所述物面一侧的表面到所述像面的距离。

6.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，还包括光阑，所述光阑位于所述第二透镜与所述第三透镜之间。

7.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距为f1，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4，所述超广角镜头的光学系统焦距为f；

1.32≤∣f1/f∣≤2.23；0.7≤∣f3/f∣≤1.3；∣f4/f∣≤1.6。

8.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述第一透镜的阿贝数大于或者等于50。

9.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述第二透镜的折射率大于或者等于1.75。

10.根据权利要求1所述的超广角镜头，其特征在于，所述超广角镜头的F-Theta畸变小于10％。