CN112346208B - 一种大光圈镜头和终端设备 - Google Patents

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CN112346208B CN201910735013.6A CN201910735013A CN112346208B CN 112346208 B CN112346208 B CN 112346208B CN 201910735013 A CN201910735013 A CN 201910735013A CN 112346208 B CN112346208 B CN 112346208B
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Abstract

本申请提供一种具有高解像、低成本、大光圈、短总长、大主光线入射角等光学特性的大光圈镜头，该大光圈镜头由沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度第一透镜、具有正光焦度第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜和具有光焦度的第七透镜组成；其中，第一透镜的物侧面近光轴处为凹面，像侧面近光轴处为凸面，第七透镜为M形透镜，第七透镜的物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面，其中，M形透镜指的是该第七透镜的物侧面和像侧面的面倾角除顶点中心外，均存在两个对称拐点。另外，本申请还提供了一种应用前述镜头的终端。

Description

一种大光圈镜头和终端设备
技术领域
本申请涉及光学透镜领域，尤其涉及一种大光圈镜头和终端设备。
背景技术
在成像系统中，光圈数F#的值是镜头的重要指标，光圈数F#的值会直接影响成像系统的夜景、抓拍、视频、背景虚化等核心功能。大光圈(更小的F#值)可以使成像系统接收更多的光量，使得系统在低照度环境下也能清晰地成像。大光圈镜头在低照度环境下的成像优势，使得该类镜头在安防摄像头、手机摄像头以及车载摄像头的应用越来越广。
目前市场上更需要一款高解像、小体积、低成本且能在低照度环境下成像的摄像头，以满足安防监控和车载智能辅助驾驶的要求。
发明内容
本申请公开一种大光圈镜头，用以解决现有技术中镜头在低照度环境下成像性能欠佳的缺点。
本申请的第一方面，提供一种大光圈镜头，所述大光圈镜头沿光轴从物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面近光轴处为凹面，所述第一透镜的像侧面近光轴处为凸面；具有正光焦度第二透镜；具有负光焦度的第三透镜；具有正光焦度的第四透镜；具有正光焦度的第五透镜；具有负光焦度的第六透镜；具有光焦度的第七透镜，所述第七透镜为M形透镜，所述第七透镜的物侧面近光轴处为凸面，所述第七透镜的像侧面近光轴处为凹面；其中，所述M形透镜指的是所述第七透镜的物侧面和像侧面的面倾角除顶点中心外，均存在两个对称拐点。
根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述大光圈镜头包含一片玻璃材质透镜，所述玻璃材质的折射率随温度变化关系满足：dn/dt>0；其中dn为折射率的变化量，dt为温度的变化量。利用玻璃材质的温度特性，可以补偿镜头在不同环境温度下的最佳像面漂移，实现镜头的温漂校正。具体地，通过玻璃材质的正向dn/dT，来补偿塑料材料的负向dn/dT，实现镜头的温漂校正。即可以使镜头在高温与低温环境中，不需要重新调焦就能清晰成像。在第一方面的第一种可能的实现方式中的大光圈镜头可以只包含一片玻璃材质透镜，如此可以降低镜头的镜片成本。
根据第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第二透镜、第四透镜或第五透镜中至少一片透镜为所述玻璃材质透镜。
根据第一方面或第一方面的第一至第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述大光圈镜头的光圈数F#的值满足：0.8≤F#≤1.5，使得该镜头可满足在低照度环境下清晰成像的要求。
根据第一方面或第一方面的第一至第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述大光圈的镜头最大主光线入射角度CRA满足：CRA≥36°，使得该镜头可适配大主光线入射角的探测器。
根据第一方面或第一方面的第一至第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述大光圈镜头的最大视场角FOV满足：FOV≥90°，使得该镜头可满足大视场成像的要求。
根据第一方面或第一方面的第一至第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述大光圈镜头的所述大光圈镜头的像高IH满足：IH≥9.2mm使得该镜头可满足大靶面、高像素的探测器成像的要求。其中，所述像高IH具体为所述大光圈镜头的成像面上有效像素区域的对角线的长度。
根据第一方面或第一方面的第一至第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述大光圈镜头的光圈数F#的值、像高IH和镜头光学总长TTL满足：2.0≤F#2×TTL/IH≤2.9；其中，所述镜头光学总长TTL具体为第一透镜的物侧面至所述大光圈镜头的成像面在光轴上的距离。通过控制镜头的光学总长、像高和光圈数F#的关系，用于实现该大光圈镜头的大光圈、短TTL及高像素成像的特点。
根据第一方面或第一方面的第一至第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述第一透镜物侧面近光轴处的曲率半径R1与像侧面近光轴处的曲率半径R2满足：0.3≤R1/R2≤1.0。合理配置第一透镜的物侧面和像侧面的曲率半径用于获得更大的视场角度，提高对物侧信息的收集能力。
根据第一方面或第一方面的第一至第八种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述第二透镜的焦距f2与所述大光圈镜头的焦距f0满足：1.0≤f2/f0。合理地配置第二透镜的焦距f2与大光圈镜头的焦距f0，用于提升所述大光圈镜头的视场角。
根据第一方面或第一方面的第一至第九种可能的实现方式，在第一方面的第十种可能的实现方式中，所述第四透镜与所述第五透镜的组合焦距f4&5与镜头焦距f0满足：0≤f4&5/f0≤1.0。合理地配置第四透镜与第五透镜组合的透镜组的焦距f4&5与大光圈镜头的焦距f0，用于提升整个光学透镜系统的进光量，减小光圈数F#的值。
根据第一方面或第一方面的第一至第十种可能的实现方式，在第一方面的第十一种可能的实现方式中，所述大光圈镜头的每个透镜的物侧面和像侧面均为非球面。
本申请的第二方面，提供一种终端设备，所述终端设备包括镜头，所述镜头为第一方面或第一方面的第一至第十一种可能的实现方式的中任一所述的大光圈镜头。
本申请的有益效果在于，本申请的大光圈镜头具有高解像、低成本、大光圈、短总长、大主光线入射角等优秀的光学特性，能够适用于高像素的探测器等摄像元件构成的安防监控摄像头和车载智能辅助驾驶摄像头镜头组件。
本申请的这些和其他方面在以下多个实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本申请实施例一提供的一种七片式大光圈镜头的结构示意图；
图2为本申请实施例一提供的一种七片式大光圈镜头的轴向色差图；
图3为本申请实施例一提供的一种七片式大光圈镜头的主光线入射角度曲线图；
图4为本申请实施例一提供的一种七片式大光圈镜头在常温下的MTF曲线示意图；
图5为本申请实施例一提供的一种七片式大光圈镜头在-30℃温度下的MTF曲线示意图；
图6为本申请实施例一提供的一种七片式大光圈镜头在+70℃温度下的MTF曲线示意图；
图7为本申请实施例二提供的一种七片式大光圈镜头的结构示意图；
图8为本申请实施例二提供的一种七片式大光圈镜头的轴向色差图；
图9为本申请实施例二提供的一种七片式大光圈镜头的主光线入射角度曲线图；
图10为本申请实施例二提供的一种七片式大光圈镜头在常温下的MTF曲线示意图；
图11为本申请实施例二提供的一种七片式大光圈镜头在-30℃温度下的MTF曲线示意图；
图12为本申请实施例二提供的一种七片式大光圈镜头在+70℃温度下的MTF曲线示意图；
图13为本申请实施例三提供的一种七片式大光圈镜头的结构示意图；
图14为本申请实施例三提供的一种七片式大光圈镜头的轴向色差图；
图15为本申请实施例三提供的一种七片式大光圈镜头的主光线入射角度曲线图；
图16为本申请实施例三提供的一种七片式大光圈镜头在常温下的MTF曲线示意图；
图17为本申请实施例三提供的一种七片式大光圈镜头在-30℃温度下的MTF曲线示意图；
图18为本申请实施例三提供的一种七片式大光圈镜头在+70℃温度下的MTF曲线示意图；
图19为本申请实施例四提供的一种七片式大光圈镜头的结构示意图；
图20为本申请实施例四提供的一种七片式大光圈镜头的轴向色差图；
图21为本申请实施例四提供的一种七片式大光圈镜头的主光线入射角度曲线图；
图22为本申请实施例四提供的一种七片式大光圈镜头在常温下的MTF曲线示意图；
图23为本申请实施例四提供的一种七片式大光圈镜头在-30℃温度下的MTF曲线示意图；
图24为本申请实施例四提供的一种七片式大光圈镜头在+70℃温度下的MTF曲线示意图；
图25为本申请实施例五提供的一种七片式大光圈镜头的结构示意图；
图26为本申请实施例五提供的一种七片式大光圈镜头的轴向色差图；
图27为本申请实施例五提供的一种七片式大光圈镜头的主光线入射角度曲线图；
图28为本申请实施例五提供的一种七片式大光圈镜头在常温下的MTF曲线示意图；
图29为本申请实施例五提供的一种七片式大光圈镜头在-30℃温度下的MTF曲线示意图；
图30为本申请实施例五提供的一种七片式大光圈镜头在+70℃温度下的MTF曲线示意图；
具体实施方式
本申请实施例提供的大光圈镜头可以应用于智能手机、平板、数码照相机、数码摄像机、车载摄像头或者工业摄像头等具有图像采集功能的装置，也可以应用于摄影摄像领域、汽车电子领域或者工业机器视觉领域等。另外，该大光圈镜头还可应用于安防监控、智能辅助驾驶等应用场景，例如采用安防监控摄像头拍摄外部视频场景，智能辅助驾驶摄像头拍摄外部视频场景等。
本申请实施例用到的各缩略语的定义如下：
光圈数F#：是镜头的焦距除以镜头通光直径得出的相对值(相对孔径的倒数)，光圈数F#的值越小，在同一单位时间内的进光量便越多。
正光焦度：镜片有正的焦距，有汇聚光线的效果。
负光焦度：镜片有负的焦距，有发散光线的效果。
TTL：total tracking length，镜头光学总长，指的是从镜筒头部至成像面的总长度，是形成相机高度的主要因素。
阿贝数：又称色散系数，是指光学材料在不同波长下的折射率的差值比，表示材料的色散程度大小。
主光线：通过镜头入瞳及出瞳中心的光线。
CRA：Chief Ray Angle，主光线入射角度，即通过镜头入瞳及出瞳中心的光线在像面上的入射角度。
M形透镜：透镜前后表面形状均为类似“M”形状，物侧面和像侧面的面倾角除顶点中心外，均存在两个对称拐点。
温漂：系统在某一温度下的最佳像面与常温下的最佳像面偏移量。
FOV：Field Of View，视场角。
MTF：Modulation Transfer Function，调制对比度，一种表示系统成像质量的评价量。
IH：Image Heigth，像高，即系统所成图像的高度。
为了提供一种大光圈的光学镜头，并且满足高解像，成本相对较低，TTL相对较短，大主光线入射角要求。本申请实施例提供一种可以包括七片具有光焦度的透镜的大光圈镜头，该大光圈镜头由沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度第一透镜、具有正光焦度第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜和具有光焦度的第七透镜组成；其中，第一透镜的物侧面近光轴处为凹面，像侧面近光轴处为凸面，第七透镜为M形透镜，第七透镜的物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面，其中，M形透镜指的是该第七透镜的物侧面和像侧面的面倾角除顶点中心外，均存在两个对称拐点。在第一透镜至第七透镜中，任意相邻两透镜之间均可具备空气间隔，任意相邻两透镜之间均可放置用于限制镜头孔径的光阑。
在一种可能的实现方式中，本申请实施例的大光圈镜头的第二透镜、第四透镜和第五透镜中，至少有一片透镜为玻璃材质，其余镜片为塑料材质。其中，该玻璃材质的折射率随温度变化关系满足dn/dt>0，dn为折射率的变化量，dt为温度的变化量。本申请实施例的大光圈镜头可以利用玻璃材质的温度特性，补偿镜头在不同环境温度下的最佳像面漂移，实现镜头的温漂校正。具体地，通过玻璃材质的正向dn/dT，来补偿塑料材料的负向dn/dT，实现镜头的温漂校正。即可以使镜头在高温与低温环境中，不需要重新调焦就能清晰成像。本申请实施例的大光圈镜头可以只包含一片玻璃材质透镜，如此可以降低镜头的镜片成本。
在一种可能的实现方式中，本申请实施例的大光圈镜头的光圈数F#的值满足0.8≤F#≤1.5，该光圈数F#的值使得该镜头可满足在低照度环境下清晰成像的要求。
在一种可能的实现方式中，本申请实施例的大光圈镜头的最大主光线入射角满足：CRA≥36°，该最大主光线入射角使得该镜头可适配大主光线入射角的探测器。
在一种可能的实现方式中，本申请实施例的大光圈镜头的最大视场角FOV满足：FOV≥90°，该最大视场角FOV使得该镜头可满足大视场成像的要求。
在一种可能的实现方式中，本申请实施例的大光圈镜头的像高IH满足IH≥9.2mm，其中，所述像高IH具体为所述大光圈镜头的成像面上有效像素区域的对角线的长度。该像高使得该镜头可满足大靶面、高像素的探测器成像的要求。
在一种可能的实现方式中，本申请实施例的大光圈镜头总长TTL、光圈数F#的值及像高IH满足2.0≤F#2×TTL/IH≤2.9，其中，大光圈镜头的光学总长TTL具体为大光圈镜头的第一透镜物侧面至大光圈镜头的成像面在光轴上的距离。通过控制镜头的光学总长、像高和光圈数F#的关系，用于实现该大光圈镜头的大光圈、短TTL及高像素成像的特点。
在一种可能的实现方式中，本申请实施例的大光圈镜头可满足条件式0.3≤R1/R2≤1.0，其中R1、R2分别为第一透镜物侧面和像侧面近光轴处的曲率半径。合理地配置第一透镜的物侧面和像侧面的曲率半径用于获得更大的视场角度，提高对物侧信息的收集能力。
在一种可能的实现方式中，本申请实施例的大光圈镜头可满足1.0≤f2/f0，其中f2为第二透镜的焦距；f0为整个镜头的焦距。合理地配置第二透镜的焦距f2与大光圈镜头的焦距f0，用于提升所述大光圈镜头的视场角。
在一种可能的实现方式中，本申请实施例的大光圈镜头可满足0≤f4&5/f0≤1.0，其中f4&5为第四透镜和第五透镜组合的透镜组的焦距；f0为整个镜头的焦距。合理地配置第四透镜与第五透镜组合的透镜组的焦距f4&5与大光圈镜头的焦距f0，用于提升整个光学透镜系统的进光量，减小光圈数F#的值。
然而，本领域的技术人员应当理解，虽然在具体实施方式中以七片透镜为例进行了描述，但本光学成像镜头不限于包括七片透镜，如果与需要，该光学成像镜头还可包括其他数量的透镜。
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
本申请实施例一，提供一种七片式大光圈镜头，如图1所示为该七片式大光圈镜头的结构。该七片式大光圈镜头沿光轴从物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜101，该第一透镜101的物侧面近光轴处为凹面，像侧面近光轴处为凸面；具有正光焦度第二透镜102；用于限制镜头孔径的光阑1001；具有负光焦度的第三透镜103；具有正光焦度的第四透镜104；具有正光焦度的第五透镜105；具有负光焦度的第六透镜106；以及具有光焦度的第七透镜107，该第七透镜107为M形透镜，该第七透镜107的物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面，其中，M形透镜指的是该第七透镜107的物侧面和像侧面的面倾角除顶点中心外，均存在两个对称拐点。
在本申请实施例一中，该七片式大光圈镜头的每个透镜的物侧面和像侧面均可为非球面，非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的，非球面透具有更佳的曲率半径特性，具有改善像差的有点，采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。
本申请实施例一的七片式大光圈镜头的透镜采用玻璃透镜和塑料透镜的混合设计，其中第四片为玻璃材质的透镜，其余镜片为塑料材质。其中，该玻璃材质的折射率随温度变化关系满足dn/dt>0，dn为折射率的变化量，dt为温度的变化量。本申请实施例一的七片式大光圈镜头可以利用玻璃材质的温度特性，来补偿镜头在不同环境温度下的最佳像面漂移，实现镜头的温漂校正。具体地，通过玻璃材质的正向dn/dT，来补偿塑料材料的负向dn/dT，实现镜头的温漂校正。
本申请实施例一的七片式大光圈镜头的光圈数F#的值为1.1；镜头光学总长TTL的值为17.5mm；像高IH为9.2mm；最大视场角FOV为90°；最大主光线入射角CRA为38.1°。
本申请实施例一的七片式大光圈镜头还满足如下设计参数：
(1)、该七片式大光圈镜头的第一透镜物侧面近光轴处的曲率半径R1与像侧面近光轴处的曲率半径R2满足：R1/R2＝0.665，故符合0.3≤R1/R2≤1.0的条件。
(2)、第二透镜的焦距f2与整个镜头的焦距f0满足：f2/f0＝1.93，故符合1.0≤f2/f0的条件。
(3)、第四透镜与第五透镜组合的透镜组的焦距f4&5与整个镜头的焦距f0满足：f4&5/f0＝0.86，故符合0≤f4&5/f0≤1.0的条件。
(4)、七片式大光圈镜头的光学总长TTL、像高IH，光圈数F#的值满足：F#2×TTL/IH＝2.30，故符合2.0≤F#2×TTL/IH≤2.9，其中，该七片式大光圈镜头的光学总长TTL具体为七片式大光圈镜头的第一透镜物侧面至七片式大光圈镜头的成像面在光轴上的距离；像高IH具体为该七片式大光圈镜头的成像面上有效像素区域的对角线的长度。
本申请实施例一的七片式大光圈镜头包括七片透镜及一个光阑，将透镜的每个表面与光阑按沿光轴从物侧至像侧顺序排列，分别为第一透镜的第一表面R1、第一透镜的第二表面R2、第二透镜的第一表面R3、第二透镜的第二表面R4、光阑STOP、第三透镜的第三表面R5……其曲率半径R、中心厚度Thickness、折射率n及阿贝数v如表1-1所示。
表1-1七片式大光圈镜头各镜片曲率半径、厚度、折射率及阿贝数
Figure GDA0003629342190000061
本申请实施例一所述的七片式大光圈镜头，该镜头的七片透镜均为非球面透镜且满足下式：
Figure GDA0003629342190000062
其中，参数c＝1/R，即半径所对应曲率；r为光学表面上某一点到光轴的距离；z为该点沿光轴方向的矢高；k为该点所在的光学表面的二次曲面系数；a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16、a18、a20为非球面系数。
本申请实施例一中各镜片表面非球面系数如表1-2所示。
表1-2各镜片非球面系数
Figure GDA0003629342190000063
Figure GDA0003629342190000071
本申请实施例一的七片式大光圈镜头的光学系统基本参数，即镜头焦距、光圈值、最大视场角、最大主光线入射角、镜头光学总长和设计波长如表1-3所示。
表1-3、光学系统基本参数
镜头焦距f0 5.75mm
光圈值F# 1.1
最大视场角FOV 90°
最大主光线入射角CRA 38.1°
镜头光学总长TTL 17.5mm
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
本申请实施例一的七片式大光圈镜头，不同波长的光在像方的聚焦深度位置仿真结果，即轴向色差图如图2所示，其中不同的线条分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的光。
本申请实施例一的七片式大光圈镜头的主光线入射角度曲线图如图3所示，其最大主光线入射角CRA为38.1°，因此本申请实施例一的七片式大光圈镜头可以适配大主光线入射角度的探测器。
本申请实施例一的七片式大光圈镜头在常温下，该镜头的MTF曲线如图4所示。
本申请实施例一的七片式大光圈镜头在-30℃的温度下，该镜头的MTF曲线如图5所示。
本申请实施例一的七片式大光圈镜头在+70℃的温度下，该镜头的MTF曲线如图6所示。
本申请实施例二，提供一种七片式大光圈镜头，如图7所示为该七片式大光圈镜头的结构。该七片式大光圈镜头沿光轴从物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜701，该第一透镜701的物侧面近光轴处为凹面，像侧面近光轴处为凸面；具有正光焦度第二透镜702；用于限制镜头孔径的光阑7001；具有负光焦度的第三透镜703；具有正光焦度的第四透镜704；具有正光焦度的第五透镜705；具有负光焦度的第六透镜706；以及具有光焦度的第七透镜707，该第七透镜707为M形透镜，该第七透镜707的物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面，其中，M形透镜指的是该第七透镜707的物侧面和像侧面的面倾角除顶点中心外，均存在两个对称拐点。
在本申请实施例二中，该七片式大光圈镜头的每个透镜的物侧面和像侧面均可为非球面，非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的，非球面透具有更佳的曲率半径特性，具有改善像差的有点，采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。
本申请实施例二的七片式大光圈镜头的透镜采用玻璃透镜和塑料透镜的混合设计，其中第二片为玻璃材质的透镜，其余镜片为塑料材质。其中，该玻璃材质的折射率随温度变化关系满足dn/dt>0，dn为折射率的变化量，dt为温度的变化量。本申请实施例二的七片式大光圈镜头可以利用玻璃材质的温度特性，来补偿镜头在不同环境温度下的最佳像面漂移，实现镜头的温漂校正。具体地，通过玻璃材质的正向dn/dT，来补偿塑料材料的负向dn/dT，实现镜头的温漂校正。
本申请实施例二的七片式大光圈镜头的光圈数F#的值为1.1；镜头光学总长TTL的值为17.5mm；像高IH为9.2mm；最大视场角FOV为90°；最大主光线入射角CRA为38.6°。
本申请实施例二的七片式大光圈镜头还满足如下设计参数：
(1)、该七片式大光圈镜头的第一透镜物侧面近光轴处的曲率半径R1与像侧面近光轴处的曲率半径R2满足：R1/R2＝0.532，故符合0.3≤R1/R2≤1.0的条件。
(2)、第二透镜的焦距f2与整个镜头的焦距f0满足：f2/f0＝1.32，故符合1.0≤f2/f0的条件。
(3)、第四透镜与第五透镜组合的透镜组的焦距f4&5与整个镜头的焦距f0满足：f4&5/f0＝0.95，故符合0≤f4&5/f0≤1.0的条件。
(4)、七片式大光圈镜头的光学总长TTL、像高IH，光圈数F#的值满足：F#2×TTL/IH＝2.30，故符合2.0≤F#2×TTL/IH≤2.9，其中，该七片式大光圈镜头的光学总长TTL具体为七片式大光圈镜头的第一透镜物侧面至七片式大光圈镜头的成像面在光轴上的距离；像高IH具体为该七片式大光圈镜头的成像面上有效像素区域的对角线的长度。
本申请实施例二的七片式大光圈镜头包括七片透镜及一个光阑，将透镜的每个表面与光阑沿光轴从物侧至像侧按顺序排列，分别为第一透镜的第一表面R1、第一透镜的第二表面R2、第二透镜的第一表面R3、第二透镜的第二表面R4、光阑STOP、第三透镜的第三表面R5……其曲率半径R、中心厚度Thickness、折射率n及阿贝数v如表2-1所示。
表2-1七片式大光圈镜头各镜片曲率半径、厚度、折射率及阿贝数
Figure GDA0003629342190000081
Figure GDA0003629342190000091
本申请实施例二所述的七片式大光圈镜头，该镜头的七片透镜均为非球面透镜且满足下式：
Figure GDA0003629342190000092
其中，参数c＝1/R，即半径所对应曲率；r为光学表面上某一点到光轴的距离；z为该点沿光轴方向的矢高；k为该点所在的光学表面的二次曲面系数；a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16、a18、a20为非球面系数。
本申请实施例二中各镜片表面非球面系数如表2-2所示。
表2-2各镜片非球面系数
Figure GDA0003629342190000093
Figure GDA0003629342190000101
本申请实施例二的七片式大光圈镜头的光学系统基本参数，即镜头焦距、光圈值、最大视场角、最大主光线入射角、镜头光学总长和设计波长如表2-3所示。
表2-3、光学系统基本参数
镜头焦距f0 5.57mm
光圈值F# 1.1
最大视场角FOV 90°
最大主光线入射角CRA 38.6°
镜头光学总长TTL 17.5mm
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
本申请实施例二的七片式大光圈镜头，不同波长的光在像方的聚焦深度位置仿真结果，即轴向色差图如图8所示，其中不同的线条分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的光。
本申请实施例二的七片式大光圈镜头的主光线入射角度曲线图如图9所示，其最大主光线入射角CRA为38.6°，因此本申请实施例二的七片式大光圈镜头可以适配大主光线入射角度的探测器。
本申请实施例二的七片式大光圈镜头在常温下，该镜头的MTF曲线如图10所示。
本申请实施例二的七片式大光圈镜头在-30℃的温度下，该镜头的MTF曲线如图11所示。
本申请实施例二的七片式大光圈镜头在+70℃的温度下，该镜头的MTF曲线如图12所示。
本申请实施例三，提供一种七片式大光圈镜头，如图13所示为该七片式大光圈镜头的结构。该七片式大光圈镜头沿光轴从物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜1301，该第一透镜1301的物侧面近光轴处为凹面，像侧面近光轴处为凸面；具有正光焦度第二透镜1302；用于限制镜头孔径的光阑13001；具有负光焦度的第三透镜1303；具有正光焦度的第四透镜1304；具有正光焦度的第五透镜1305；具有负光焦度的第六透镜1306；以及具有光焦度的第七透镜1307，该第七透镜1307为M形透镜，该第七透镜1307的物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面，其中，M形透镜指的是该第七透镜1307的物侧面和像侧面的面倾角除顶点中心外，均存在两个对称拐点。
在本申请实施例三中，该七片式大光圈镜头的每个透镜的物侧面和像侧面均可为非球面，非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的，非球面透具有更佳的曲率半径特性，具有改善像差的有点，采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。
本申请实施例三的七片式大光圈镜头的透镜采用玻璃透镜和塑料透镜的混合设计，其中第五片为玻璃材质的透镜，其余镜片为塑料材质。其中，该玻璃材质的折射率随温度变化关系满足dn/dt>0，dn为折射率的变化量，dt为温度的变化量。本申请实施例三的七片式大光圈镜头可以利用玻璃材质的温度特性，来补偿镜头在不同环境温度下的最佳像面漂移，实现镜头的温漂校正。具体地，通过玻璃材质的正向dn/dT，来补偿塑料材料的负向dn/dT，实现镜头的温漂校正。
本申请实施例三的七片式大光圈镜头的光圈数F#的值为1.1；镜头光学总长TTL的值为17.5mm；像高IH为9.2mm；最大视场角FOV为90°；最大主光线入射角CRA为36°。
本申请实施例三的七片式大光圈镜头还满足如下设计参数：
(1)、该七片式大光圈镜头的第一透镜物侧面近光轴处的曲率半径R1与像侧面近光轴处的曲率半径R2满足：R1/R2＝0.625，故符合0.3≤R1/R2≤1.0的条件。
(2)、第二透镜的焦距f2与整个镜头的焦距f0满足：f2/f0＝2.15，故符合1.0≤f2/f0的条件。
(3)、第四透镜与第五透镜组合的透镜组的焦距f4&5与整个镜头的焦距f0满足：f4&5/f0＝0.91，故符合0≤f4&5/f0≤1.0的条件。
(4)、七片式大光圈镜头的光学总长TTL、像高IH，光圈数F#的值满足：F#2×TTL/IH＝2.30，故符合2.0≤F#2×TTL/IH≤2.9，其中，该七片式大光圈镜头的光学总长TTL具体为七片式大光圈镜头的第一透镜物侧面至七片式大光圈镜头的成像面在光轴上的距离；像高IH具体为该七片式大光圈镜头的成像面上有效像素区域的对角线的长度。
本申请实施例三的七片式大光圈镜头包括七片透镜及一个光阑，将透镜的每个表面与光阑沿光轴从物侧至像侧按顺序排列，分别为第一透镜的第一表面R1、第一透镜的第二表面R2、第二透镜的第一表面R3、第二透镜的第二表面R4、光阑STOP、第三透镜的第三表面R5……其曲率半径R、中心厚度Thickness、折射率n及阿贝数v如表3-1所示。
表3-1七片式大光圈镜头各镜片曲率半径、厚度、折射率及阿贝数
Figure GDA0003629342190000111
本申请实施例三所述的七片式大光圈镜头，该镜头的七片透镜均为非球面透镜且满足下式：
Figure GDA0003629342190000121
其中，参数c＝1/R，即半径所对应曲率；r为光学表面上某一点到光轴的距离；z为该点沿光轴方向的矢高；k为该点所在的光学表面的二次曲面系数；a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16、a18、a20为非球面系数。
本申请实施例三中各镜片表面非球面系数如表3-2所示。
表3-2各镜片非球面系数
Figure GDA0003629342190000122
本申请实施例三的七片式大光圈镜头的光学系统基本参数，即镜头焦距、光圈值、最大视场角、最大主光线入射角、镜头光学总长和设计波长如表3-3所示。
表3-3、光学系统基本参数
镜头焦距f0 5.75mm
光圈值F# 1.1
最大视场角FOV 90°
最大主光线入射角CRA 36°
镜头光学总长TTL 17.5mm
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
本申请实施例三的七片式大光圈镜头，不同波长的光在像方的聚焦深度位置仿真结果，即轴向色差图如图14所示，其中不同的线条分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的光。
本申请实施例三的七片式大光圈镜头的主光线入射角度曲线图如图15所示，其最大主光线入射角CRA为36°，因此本申请实施例三的七片式大光圈镜头可以适配大主光线入射角度的探测器。
本申请实施例三的七片式大光圈镜头在常温下，该镜头的MTF曲线如图16所示。
本申请实施例三的七片式大光圈镜头在-30℃的温度下，该镜头的MTF曲线如图17所示。
本申请实施例三的七片式大光圈镜头在+70℃的温度下，该镜头的MTF曲线如图18所示。
本申请实施例四，提供一种七片式大光圈镜头，如图19所示为该七片式大光圈镜头的结构。该七片式大光圈镜头沿光轴从物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜1901，该第一透镜1901的物侧面近光轴处为凹面，像侧面近光轴处为凸面；具有正光焦度第二透镜1902；用于限制镜头孔径的光阑19001；具有负光焦度的第三透镜1903；具有正光焦度的第四透镜1904；具有正光焦度的第五透镜1905；具有负光焦度的第六透镜1906；以及具有光焦度的第七透镜1907，该第七透镜1907为M形透镜，该第七透镜1907的物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面，其中，M形透镜指的是该第七透镜1907的物侧面和像侧面的面倾角除顶点中心外，均存在两个对称拐点。
在本申请实施例四中，该七片式大光圈镜头的每个透镜的物侧面和像侧面均可为非球面，非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的，非球面透具有更佳的曲率半径特性，具有改善像差的有点，采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。
本申请实施例四的七片式大光圈镜头的透镜采用玻璃透镜和塑料透镜的混合设计，其中第五片为玻璃材质的透镜，其余镜片为塑料材质。其中，该玻璃材质的折射率随温度变化关系满足dn/dt>0，dn为折射率的变化量，dt为温度的变化量。本申请实施例四的七片式大光圈镜头可以利用玻璃材质的温度特性，来补偿镜头在不同环境温度下的最佳像面漂移，实现镜头的温漂校正。具体地，通过玻璃材质的正向dn/dT，来补偿塑料材料的负向dn/dT，实现镜头的温漂校正。
本申请实施例四为进一步减小镜头光学总长TTL，适当减小了镜头光圈(增大光圈数F#的值)。本申请实施例四的七片式大光圈镜头的光圈数F#的值为1.5；镜头光学总长TTL的值为10.0mm；像高IH为9.2mm；最大视场角FOV为90°；最大主光线入射角CRA为36.1°。
本申请实施例四的七片式大光圈镜头还满足如下设计参数：
(1)、该七片式大光圈镜头的第一透镜物侧面近光轴处的曲率半径R1与像侧面近光轴处的曲率半径R2满足：R1/R2＝0.695，故符合0.3≤R1/R2≤1.0的条件。
(2)、第二透镜的焦距f2与整个镜头的焦距f0满足：f2/f0＝1.89，故符合1.0≤f2/f0的条件。
(3)、第四透镜与第五透镜组合的透镜组的焦距f4&5与整个镜头的焦距f0满足：f4&5/f0＝0.83，故符合0≤f4&5/f0≤1.0的条件。
(4)、七片式大光圈镜头的光学总长TTL、像高IH，光圈数F#的值满足：F#2×TTL/IH＝2.45，故符合2.0≤F#2×TTL/IH≤2.9，其中，该七片式大光圈镜头的光学总长TTL具体为七片式大光圈镜头的第一透镜物侧面至七片式大光圈镜头的成像面在光轴上的距离；像高IH具体为该七片式大光圈镜头的成像面上有效像素区域的对角线的长度。
本申请实施例四的七片式大光圈镜头包括七片透镜及一个光阑，将透镜的每个表面与光阑沿光轴从物侧至像侧按顺序排列，分别为第一透镜的第一表面R1、第一透镜的第二表面R2、第二透镜的第一表面R3、第二透镜的第二表面R4、光阑STOP、第三透镜的第三表面R5……其曲率半径R、中心厚度Thickness、折射率n及阿贝数v如表4-1所示。
表4-1七片式大光圈镜头各镜片曲率半径、厚度、折射率及阿贝数
Figure GDA0003629342190000141
本申请实施例四所述的七片式大光圈镜头，该镜头的七片透镜均为非球面透镜且满足下式：
Figure GDA0003629342190000142
其中，参数c＝1/R，即半径所对应曲率；r为光学表面上某一点到光轴的距离；z为该点沿光轴方向的矢高；k为该点所在的光学表面的二次曲面系数；a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16、a18、a20为非球面系数。
本申请实施例四中各镜片表面非球面系数如表4-2所示。
表4-2各镜片非球面系数
Figure GDA0003629342190000151
本申请实施例四的七片式大光圈镜头的光学系统基本参数，即镜头焦距、光圈值、最大视场角、最大主光线入射角、镜头光学总长和设计波长如表4-3所示。
表4-3、光学系统基本参数
镜头焦距f0 5.55mm
光圈值F# 1.5
最大视场角FOV 90°
最大主光线入射角CRA 36.1°
镜头光学总长TTL 17.5mm
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
本申请实施例四的七片式大光圈镜头，不同波长的光在像方的聚焦深度位置仿真结果，即轴向色差图如图20所示，其中不同的线条分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的光。
本申请实施例四的七片式大光圈镜头的主光线入射角度曲线图如图21所示，其最大主光线入射角CRA为36.1°，因此本申请实施例四的七片式大光圈镜头可以适配大主光线入射角度的探测器。
本申请实施例四的七片式大光圈镜头在常温下，该镜头的MTF曲线如图22所示。
本申请实施例四的七片式大光圈镜头在-30℃的温度下，该镜头的MTF曲线如图23所示。
本申请实施例四的七片式大光圈镜头在+70℃的温度下，该镜头的MTF曲线如图24所示。
本申请实施例五，提供一种七片式大光圈镜头，如图25所示为该七片式大光圈镜头的结构。该七片式大光圈镜头沿光轴从物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜2501，该第一透镜2501的物侧面近光轴处为凹面，像侧面近光轴处为凸面；具有正光焦度第二透镜2502；用于限制镜头孔径的光阑25001；具有负光焦度的第三透镜2503；具有正光焦度的第四透镜2504；具有正光焦度的第五透镜2505；具有负光焦度的第六透镜2506；以及具有光焦度的第七透镜2507，该第七透镜2507为M形透镜，该第七透镜2507的物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面，其中，M形透镜指的是该第七透镜2507的物侧面和像侧面的面倾角除顶点中心外，均存在两个对称拐点。
在本申请实施例五中，该七片式大光圈镜头的每个透镜的物侧面和像侧面均可为非球面，非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的，非球面透具有更佳的曲率半径特性，具有改善像差的有点，采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。
本申请实施例五的七片式大光圈镜头的透镜采用玻璃透镜和塑料透镜的混合设计，其中第五片为玻璃材质的透镜，其余镜片为塑料材质。其中，该玻璃材质的折射率随温度变化关系满足dn/dt>0，dn为折射率的变化量，dt为温度的变化量。本申请实施例五的七片式大光圈镜头可以利用玻璃材质的温度特性，来补偿镜头在不同环境温度下的最佳像面漂移，实现镜头的温漂校正。具体地，通过玻璃材质的正向dn/dT，来补偿塑料材料的负向dn/dT，实现镜头的温漂校正。
本申请实施例五为进一步增大镜头光圈(减小光圈数F#的值)，增大了镜头光学总长TTL。本申请实施例五的七片式大光圈镜头的光圈数F#的值为0.8；镜头光学总长TTL的值为26.7mm；像高IH为6mm；最大视场角FOV为50°；最大主光线入射角CRA为36°。
本申请实施例五的七片式大光圈镜头还满足如下设计参数：
(1)、该七片式大光圈镜头的第一透镜物侧面近光轴处的曲率半径R1与像侧面近光轴处的曲率半径R2满足：R1/R2＝0.33，故符合0.3≤R1/R2≤1.0的条件。
(2)、第二透镜的焦距f2与整个镜头的焦距f0满足：f2/f0＝3.34，故符合1.0≤f2/f0的条件。
(3)、第四透镜与第五透镜组合的透镜组的焦距f4&5与整个镜头的焦距f0满足：f4&5/f0＝0.72，故符合0≤f4&5/f0≤1.0的条件。
(4)、七片式大光圈镜头的光学总长TTL、像高IH，光圈数F#的值满足：F#2×TTL/IH＝2.85，故符合2.0≤F#2×TTL/IH≤2.9，其中，该七片式大光圈镜头的光学总长TTL具体为七片式大光圈镜头的第一透镜物侧面至七片式大光圈镜头的成像面在光轴上的距离；像高IH具体为该七片式大光圈镜头的成像面上有效像素区域的对角线的长度。
本申请实施例五的七片式大光圈镜头包括七片透镜及一个光阑，将透镜的每个表面与光阑沿光轴从物侧至像侧按顺序排列，分别为第一透镜的第一表面R1、第一透镜的第二表面R2、第二透镜的第一表面R3、第二透镜的第二表面R4、光阑STOP、第三透镜的第三表面R5……其曲率半径R、中心厚度Thickness、折射率n及阿贝数v如表5-1所示。
表5-1七片式大光圈镜头各镜片曲率半径、厚度、折射率及阿贝数
Figure GDA0003629342190000171
本申请实施例五所述的七片式大光圈镜头，该镜头的七片透镜均为非球面透镜且满足下式：
Figure GDA0003629342190000172
其中，参数c＝1/R，即半径所对应曲率；r为光学表面上某一点到光轴的距离；z为该点沿光轴方向的矢高；k为该点所在的光学表面的二次曲面系数；a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16、a18、a20为非球面系数。
本申请实施例五中各镜片表面非球面系数如表5-2所示。
表5-2各镜片非球面系数
Figure GDA0003629342190000173
Figure GDA0003629342190000181
本申请实施例五的七片式大光圈镜头的光学系统基本参数，即镜头焦距、光圈值、最大视场角、最大主光线入射角、镜头光学总长和设计波长如表5-3所示。
表5-3、光学系统基本参数
镜头焦距f0 4.88mm
光圈值F# 0.8
最大视场角FOV 50°
最大主光线入射角CRA 36°
镜头光学总长TTL 26.7mm
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
本申请实施例五的七片式大光圈镜头，不同波长的光在像方的聚焦深度位置仿真结果，即轴向色差图如图26所示，其中不同的线条分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的光。
本申请实施例五的七片式大光圈镜头的主光线入射角度曲线图如图27所示，其最大主光线入射角CRA为36.1°，因此本申请实施例五的七片式大光圈镜头可以适配大主光线入射角度的探测器。
本申请实施例五的七片式大光圈镜头在常温下，该镜头的MTF曲线如图28所示。
本申请实施例五的七片式大光圈镜头在-30℃的温度下，该镜头的MTF曲线如图29所示。
本申请实施例五的七片式大光圈镜头在+70℃的温度下，该镜头的MTF曲线如图30所示。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种大光圈镜头，其特征在于，所述大光圈镜头由七片具有光焦度的透镜组成，所述大光圈镜头沿光轴从物侧至像侧依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面近光轴处为凹面，所述第一透镜的像侧面近光轴处为凸面；
具有正光焦度第二透镜；
具有负光焦度的第三透镜；
具有正光焦度的第四透镜；
具有正光焦度的第五透镜；
具有负光焦度的第六透镜；
具有光焦度的第七透镜，所述第七透镜为M形透镜，所述第七透镜的物侧面近光轴处为凸面，所述第七透镜的像侧面近光轴处为凹面；其中，所述M形透镜指的是所述第七透镜的物侧面和像侧面的面倾角除顶点中心外，均存在两个对称拐点；
所述第二透镜、第四透镜或第五透镜中至少一片透镜为玻璃材质透镜，所述玻璃材质的折射率随温度变化关系满足：dn/dt>0；其中dn为折射率的变化量，dt为温度的变化量；
所述大光圈镜头的光圈数F#的值满足：0.8≤F#≤1.5；
所述大光圈镜头的光圈数F#的值、像高IH和镜头光学总长TTL满足：2.0≤F#2×TTL/IH≤2.9；其中，所述镜头光学总长TTL为第一透镜的物侧面至所述大光圈镜头的成像面在光轴上的距离；其中，所述像高IH为所述大光圈镜头的成像面上有效像素区域的对角线的长度；
所述第二透镜的焦距f2与所述大光圈镜头的焦距f0满足：1.0≤f2/f0。
2.根据权利要求1所述的大光圈镜头，其特征在于，所述大光圈的镜头最大主光线入射角度CRA满足：CRA≥36°。
3.根据权利要求1所述的大光圈镜头，其特征在于，所述大光圈镜头的最大视场角FOV满足：FOV≥90°。
4.根据权利要求1所述的大光圈镜头，其特征在于，所述大光圈镜头的所述大光圈镜头的像高IH满足：IH≥9.2mm。
5.根据权利要求1所述的大光圈镜头，其特征在于，所述第一透镜物侧面近光轴处的曲率半径R1与像侧面近光轴处的曲率半径R2满足：0.3≤R1/R2≤1.0。
6.根据权利要求1所述的大光圈镜头，其特征在于，所述第四透镜与所述第五透镜的组合焦距f4&5与镜头焦距f0满足：0≤f4&5/f0≤1.0。
7.根据权利要求1所述的大光圈镜头，其特征在于，所述大光圈镜头的每个透镜的物侧面和像侧面均为非球面。
8.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括镜头，所述镜头为权利要求1-7中任一所述的大光圈镜头。
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