CN111929875B - 定焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定焦镜头，从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜与第七透镜；第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第三透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第四透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第五透镜具有负光焦度，其物侧面在近轴处为凸面、像侧面为凹面；第六透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第七透镜具有负光焦度，其物侧面在近轴处为凸面、像侧面在近轴处为凹面。本发明提供的定焦镜头在高低温环境条件下仍具有较高的成像品质，同时具有较小的体积和重量。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，特别是涉及一种定焦镜头。
背景技术
随着图像传感芯片技术的发展，芯片的尺寸越来越大、像素越来越高，对应的光学镜头的解析力也需不断提升。
移动互联的发展，使照片和影像呈现网络分享的趋势以记录生活中的点点滴滴，由此催生了运动相机。目前运动相机发展迅速，相应的对与其配套的光学镜头需求也越来越高。
由于运动相机多在剧烈震动、高压强和极限温度等环境下使用，因此对所搭配的光学镜头要求极高，一方面要解决任一地点和任一方向随意拍照，即要求有高清晰的成像效果，还要求有极大的视场角，以满足大视野内的图像拍摄；另一方面要求容易携带和便于拍照，所以需光学镜头有较小的体积及重量，对户外的适应性也要强。
发明内容
为此，本发明的目的在于提出一种定焦镜头，至少具有小型化、小体积、高像质等优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种定焦镜头，由七片具有光焦度的透镜组成，从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近轴处为凸面，所述第五透镜的像侧面为凹面, 且所述第五透镜的物侧面至少有一个反曲点；具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面在近轴处为凸面，所述第七透镜的像侧面在近轴处为凹面，且所述第七透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点；其中，所述第三透镜和所述第四透镜之间设置有光阑。所述第一透镜为玻璃球面镜片，所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透均为塑胶非球面镜片；所述定焦镜头满足以下条件式：1.1< SD1/SD14<1.4；其中，SD1表示所述第一透镜的物侧面的最大有效半径，SD14表示所述第七透镜的像侧面的最大有效半径。
相较于现有技术，本发明提供的定焦镜头采用玻塑混合搭配结构，有效减小了镜头的重量和成本；各镜片间设置紧凑，有效减小了镜头的长度；镜头头部较小，可实现小型化；镜头的解析力高，可匹配高像素芯片使用。本发明提供的定焦镜头满足了市场对小型化、小体积、高像质的定焦镜头的使用需求。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的定焦镜头的结构示意图；
图2为本发明第一实施例中的定焦镜头的MTF图；
图3为本发明第一实施例中的定焦镜头的垂轴色差图；
图4为本发明第二实施例中的定焦镜头的结构示意图；
图5为本发明第二实施例中的定焦镜头的MTF图；
图6为本发明第二实施例中的定焦镜头的垂轴色差图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种定焦镜头，从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及滤光片。
第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；
第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；
第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面在近轴处为凸面，第五透镜的像侧面为凹面，且第五透镜的物侧面至少有一个反曲点；
第六透镜具有正光焦度，第六透镜的物侧面和像侧面均为凸面；
第七透镜具有负光焦度，第七透镜的物侧面在近轴处为凸面，第七透镜的像侧面在近轴处为凹面，且第七透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点。
光阑可以为中心设有通光孔的遮光纸，并且光阑的通光口径小于隔圈，以保证定焦镜头的通光量由光阑的通光孔径决定。光阑设置于第三透镜和第四透镜之间，可以提高定焦镜头的视场角并能更好的配合芯片的入射角度；采用中心设有通光孔的遮光纸作为光阑，可以降低镜筒通光孔的要求，使镜筒通光孔成型难度下降，提高了生产率，降低了生产成本。
在一些实施方式中，为减小镜头重量和降低镜头的单品价格，所述定焦镜头采用五片塑胶镜片和两片玻璃镜片材质，大大减小了镜头的重量，镜头的单品价格也相对较低，适合大批量生产。
在一些实施方式中，为提高镜头的解像力和降低镜头的垂轴色差，定焦镜头中的六片透镜使用非球面镜片，其中一片使用球面镜片，非球面镜片的使用可以更好校正镜头的像差，提高镜头的分辨率，成像更清晰。
在一些实施方式中，为校正镜头的畸变和不同口径处的光线像差，第七透镜的物侧面和像侧面均具有反曲点。
在一些实施方式中，为减小镜头的头部大小，所述定焦镜头满足以下条件式：
1.1< SD1/SD14<1.4；（1）
其中，SD1表示第一透镜的物侧面的最大有效半径，SD14表示第七透镜的像侧面的最大有效半径。满足上述条件式（1），可以减小镜头的头部大小，使镜头外径尺寸保持一致，进一步实现镜头的小型化。一般来说，镜头的最后一片镜片外径大小和所搭配的成像芯片大小不会相差很大，所以第一片镜片大小对整个镜头的整体体积大小影响还是较大的；满足上述条件式（1），说明该镜头中首尾镜片（第一透镜和第七透镜）大小相差不大，相对一般的大广角镜头（头大尾小）体积上会小很多。
在一些实施方式中，所述定焦镜头满足以下条件式：
140°<FOV< 170°，（2）
7mm<D<9mm；（3）
其中，FOV表示定焦镜头的视场角，D表示定焦镜头的像面直径。满足上述条件式（2）和（3），能够保证定焦镜头拥有较大的视场角和成像面，能够匹配1/2英寸大靶面COMS芯片的成像需求。
在一些实施方式中，为提高镜头的防刮花能力，定焦镜头满足以下条件式：
FA1<110；（4）
其中，FA1表示第一透镜所使用材料的磨耗度系数。磨耗度系数是表征材料硬度的一个参数，数值越小表明材料越硬，反之越软。满足上述条件式（4），可使第一透镜选取较硬的材质，提高镜头的防刮花能力。
在一些实施方式中，定焦镜头满足条件式：
0< RS1/SD1<0.2；（5）
其中，RS1表示第一透镜的物侧面的矢高，SD1表示第一透镜的物侧面的最大有效半径。满足上述条件式（5），可使第一透镜的物侧面相对平缓，减小机壳厚度，进而减小镜头的体积。
在一些实施方式中，定焦镜头满足条件式：
0.3<AT/GT<0.5；（6）
其中，AT表示第一透镜至第七透镜在光轴上的空气间隔的总和，GT表示第一透镜至第七透镜的中心厚度的总和。满足上述条件式（6），可使各镜片间相对紧凑，既减小了镜头的长度，也便于镜头的组装生产。
在一些实施方式中，所述定焦镜头满足以下条件式：
1.4< f3/f <2.0；（7）
1.4< f4/f <2.0；（8）
其中，f3表示第三透镜的焦距，f4表示第四透镜的焦距，f表示定焦镜头的焦距。满足上述条件式（7）和（8），能够合理分配光阑之前透镜（第三透镜）和光阑之后透镜（第四透镜）的光焦度，有效减小镜头的场曲大小，使周边视场离焦较小，提升周边视场的成像质量。
在一些实施方式中，所述定焦镜头满足以下条件式：
0< R1<40mm；（9）
0< R2 <5mm；（10）
0< R3<15mm；（11）
0< R4<350mm；（12）
其中，R1表示第一透镜的物侧面的曲率半径，R2表示第一透镜的像侧面的曲率半径，R3表示第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示第二透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式（9）至（12），可减小光线在第一透镜和第二透镜上的入射角，从而减小高阶像差的引入。偏离光阑较远处的透镜弯向光阑有利于减小镜头的像散，由于第一透镜和第二透镜均为凹面弯向光阑的弯月型透镜，能够有效均衡镜头在光轴方向和垂直于光轴方向的解析力。
在一些实施方式中，为校正镜头的色差，所述定焦镜头满足以下条件式：
25<Vd4-Vd5<45；（13）
其中，Vd4表示第四透镜的阿贝数，Vd5表示第五透镜的阿贝数。满足上述条件式（13），即让透镜材料的选择变得容易，也有利于镜头的色差校正，让镜头拍摄的画面有较高的色彩还原度。
在一些实施方式中，所述定焦镜头满足以下条件式：
0.4< RS13/SD13<0.6；（14）
其中，RS13表示第七透镜的物侧面的矢高，SD13表示第七透镜的物侧面的最大有效半径。满足上述条件式（14），可减小周边视场在第七透镜上的入射角，避免引入过多的高阶像差。
在一些实施方式中，为提高镜头的热稳定性，所述定焦镜头满足以下条件式：
-40×10-6/(℃*mm)<[(dn/dt)3+(dn/dt)6]×(Φ3+Φ6)<-20×10-6/(℃*mm)；（15）
其中，Φ3表示第三透镜的光焦度，Φ6表示第六透镜的光焦度，(dn/dt)3表示第三透镜的折射率温度系数，(dn/dt)6表示第六透镜的折射率温度系数。满足上述条件式（15），可提高镜头的热稳定性，有效降低镜头在高温和低温环境中的焦点偏移量，使镜头具有良好的成像品质。
第三透镜和第六透镜都是正光焦度的双凸透镜，两者中的其中之一透镜选择塑料材质，另一个透镜选择玻璃材质，可以保证镜头具有良好的热稳定性。
下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中，定焦镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
在本发明各个实施例中，当定焦镜头中的透镜为非球面透镜时，各个非球面面型均满足如下方程式：
其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率半径，k为圆锥系数conic，A2i为第2i阶的非球面面型系数。
第一实施例
请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的定焦镜头100的结构示意图，该定焦镜头100从物侧到成像面依次包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑ST、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7和滤光片G1。
第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面、第一透镜的像侧面S2为凹面；第二透镜L2具有负光焦度，第二透镜的物侧面S3为凸面、第二透镜的像侧面S4为凹面；第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5为凸面、第三透镜的像侧面S6为凸面；第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7为凸面、第四透镜的像侧面S8为凸面；第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面S9在近轴处为凸面、第五透镜的像侧面S10为凹面，且第五透镜的物侧面S9至少有一个反曲点；第六透镜L6具有正光焦度，第六透镜的物侧面S11为凸面、第六透镜的像侧面S12为凸面；第七透镜L7具有负光焦度，第七透镜的物侧面S13在近轴处为凸面、第七透镜的像侧面S14在近轴处为凹面，且第七透镜的物侧面S13和第七透镜的像侧面S14上均具有至少一个反曲点。
滤光片G1的物侧面为S15，像侧面为S16，S17为成像面。
第一透镜L1为玻璃球面镜片，第六透镜L6为玻璃非球面镜片，第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第七透镜L7均为塑胶非球面镜片。
本实施例提供的定焦镜头100的各个镜片相关参数如表1所示。
表1
本实施例中的定焦镜头100的非球面透镜的相关参数如表2所示。
表2
请参阅图2，所示为本实施例当中定焦镜头100的MTF图，从图中可以看出，在200lp/mm的空间频率下镜头在全视场的MTF值在0.4以上，说明定焦镜头100拥有较高的分辨率。
请参阅图3，所示为本实施例当中定焦镜头100的垂轴色差图，从图中可以看出，镜头的色差较小，不同波长的垂轴色差差值在3um以内。
本实施例中，定焦镜头100的像面直径D为8mm，视场角FOV为156°，光学总长TTL为13.5mm。
第二实施例
请参阅图4，所示为本实施例提供的一种定焦镜头200的结构示意图，本实施例中的定焦镜头200与第一实施例当中的定焦镜头100各个透镜的面型凹凸大抵相同，不同之处在于：第一实施例当中的定焦镜头100的第一透镜L1、第六透镜L6使用玻璃材质，其它透镜均使用塑胶材质；而第二实施例当中的定焦镜头200的第一透镜L1、第三透镜L3使用玻璃材质，其它透镜均使用塑胶材质，且两个实施例镜头的各个镜片的相关参数和空气间隔存在差异。
本实施例当中的定焦镜头200的各个镜片的相关参数如表3所示。
表3
本实施例中的定焦镜头200的非球面透镜的相关参数如表4所示。
表4
请参阅图5，所示为本实施例当中定焦镜头200的MTF图，在200lp/mm的空间频率下镜头全视场的MTF值在0.4以上，说明定焦镜头200拥有较高的分辨率。
请参阅图6，所示为本实施例当中定焦镜头200的垂轴色差图，镜头的色差较小，在3um以内。
本实施例中，定焦镜头200的像面直径为8mm，视场角FOV为156°，光学总长TTL为12mm。
请参阅表5，为上述2个实施例提供的定焦镜头对应的光学特性，包括定焦镜头的光学总长TTL、光圈数F#和焦距f，同时还包括上述条件式当中每个条件式对应的相关数值。
表5
综上所述，本发明实施例提供的定焦镜头，采用玻塑混合搭配结构，有效减小了镜头的重量和成本；各镜片间设置紧凑，有效减小了镜头的长度；镜头头部较小，可实现小型化；镜头的解析力高，可匹配高像素芯片使用。该定焦镜头满足了市场对小型化、小体积、高像质的定焦镜头的使用需求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种定焦镜头，由七片具有光焦度的透镜组成，其特征在于，从物侧到成像面依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；
具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；
具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；
具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；
具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近轴处为凸面，所述第五透镜的像侧面为凹面，且所述第五透镜的物侧面至少有一个反曲点；
具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面和像侧面均为凸面；
具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面在近轴处为凸面，所述第七透镜的像侧面在近轴处为凹面，且所述第七透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点；
其中，所述第三透镜和所述第四透镜之间设置有光阑；
所述第一透镜为玻璃球面镜片，所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透均为塑胶非球面镜片；
所述定焦镜头满足以下条件式：1.1< SD1/SD14<1.4；
其中，SD1表示所述第一透镜的物侧面的最大有效半径，SD14表示所述第七透镜的像侧面的最大有效半径；
所述定焦镜头满足以下条件式：0< RS1/SD1<0.2；
其中，RS1表示所述第一透镜的物侧面的矢高，SD1表示所述第一透镜的物侧面的最大有效半径。
2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足以下条件式：
140°<FOV< 170°，
7mm<D<9mm；
其中，FOV表示所述定焦镜头的视场角，D表示所述定焦镜头的像面直径。
3.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜满足以下条件式：
FA1<110；
其中，FA1表示所述第一透镜所使用材料的磨耗度系数。
4.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足以下条件式：0.3<AT/GT<0.5；
其中，AT表示所述第一透镜至所述第七透镜在光轴上的空气间隔的总和，GT表示所述第一透镜至所述第七透镜的中心厚度的总和。
5.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足以下条件式：1.4<f3/f <2.0，1.4< f4/f <2.0；
其中，f3表示所述第三透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。
6.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足以下条件式：
0< R1<40mm；
0< R2<5mm；
0< R3<15mm；
0< R4 <350mm；
其中，R1表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R2表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径，R3表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径。
7.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足以下条件式：
25<Vd4-Vd5<45；
其中，Vd4表示所述第四透镜的阿贝数，Vd5表示所述第五透镜的阿贝数。
8.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足以下条件式：
0.4< RS13/SD13<0.6；
其中，RS13表示所述第七透镜的物侧面的矢高，SD13表示所述第七透镜的物侧面的最大有效半径。
9.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足以下条件式：
-40×10-6/(℃*mm) <[(dn/dt)3+(dn/dt)6]×(Φ3+Φ6)< -20×10-6/(℃*mm)；
其中，Φ3表示所述第三透镜的光焦度，Φ6表示所述第六透镜的光焦度，(dn/dt)3表示所述第三透镜的折射率温度系数，(dn/dt)6表示所述第六透镜的折射率温度系数。
10.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜和所述第六透镜其中一个为玻璃镜片，另一个为塑胶镜片。
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Effective date of registration: 20211228 Address after: 230088 a2-06, 14 / F, block a, building J1, phase II, innovation industrial park, No. 2800, innovation Avenue, high tech Zone, China (Anhui) pilot Free Trade Zone, Hefei, Anhui Province Patentee after: Hefei Lianchuang Optical Co.,Ltd. Address before: 330096 No. 1699, Jingdong Avenue, Nanchang high tech Industrial Development Zone, Nanchang City, Jiangxi Province Patentee before: Lianchuang Electronic Technology Co.,Ltd. |