CN113741012B - 一种光学透镜模组 - Google Patents

一种光学透镜模组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光学透镜模组，包括：沿光线入射方向依次同轴排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，第五透镜和第六透镜组成胶合透镜组；第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜均设为球面，第七透镜设为非球面；其中，第一透镜设为具有负光焦度的凹凸透镜；第二透镜设为具有负光焦度的凹凸透镜；第三透镜设为具有正光焦度的双凸透镜；第四透镜设为具有正光焦度的凹凸透镜；第五透镜设为具有正光焦度的双凸透镜；第六透镜设为具有负光焦度的凹透镜；第七透镜设为具有负光焦度的凹透镜。如此，本发明具有低TV畸变和光学畸变特性，成像品质较高，拍摄的图片接近真实场景。

Description

一种光学透镜模组
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其是一种光学透镜模组。
背景技术
目前，广角镜头的摄像头在军事、监控、医疗、交通、摄影等领域起着越来越重要的作用。在上述领域中，广角镜头因能获取更大视场的图像信息而被广泛使用。
一般情况下，相机由于加工和安装误差，难以达到理想透镜成像的效果，使得物体点在成像平面上实际所成的像与理想成像之间存在非线性光学畸变，并且，随着视场角的不断增大，TV畸变和光学畸变在一定程度上均逐渐加大，从而使相机所拍摄的图片不能真实有效地呈现真实情景，导致图像失真，影响镜头的成像质量。
基于此，如何设计一种改善畸变的光学透镜模组，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种光学透镜模组，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
本发明提供了一种光学透镜模组，包括：沿光线入射方向依次同轴排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述第五透镜和所述第六透镜组成胶合透镜组；
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜均设为球面，所述第七透镜设为非球面；
其中，所述第一透镜设为具有负光焦度的凹凸透镜；
所述第二透镜设为具有负光焦度的凹凸透镜；
所述第三透镜设为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第四透镜设为具有正光焦度的凹凸透镜；
所述第五透镜设为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第六透镜设为具有负光焦度的凹透镜；
所述第七透镜设为具有负光焦度的凹透镜。
可选地，在本发明中，所述第七透镜设为自由曲面，所述第七透镜的面型方程为；
Figure 265565DEST_PATH_IMAGE001
其中，c 为半径所对应的曲率，r为径向长度，k 为圆锥二次曲线系数，
Figure 562112DEST_PATH_IMAGE002
为径向坐标所对应的系数，(x，y)为某一点的坐标，
Figure 143266DEST_PATH_IMAGE003
为各点坐标的多项式，r2=x2+y2。
可选地，在本发明中，所述第七透镜的折射率在1.5-1.95之间，色散系数在18-70之间。
可选地，在本发明中，所述第七透镜的折射率为1.5312，色散系数为56.044。
可选地，在本发明中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的面型方程为：
Figure 478432DEST_PATH_IMAGE004
其中，c 为半径所对应的曲率，r为径向长度，k 为圆锥二次曲线系数。
可选地，在本发明中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的折射率均在1.5-1.95之间，色散系数在18-70之间。
可选地，在本发明中，所述第一透镜的折射率为1.5225，色散系数为59.512；
所述第二透镜的折射率为1.8，色散系数为18.895；
所述第三透镜的折射率为1.9，色散系数为37.054；
所述第四透镜的折射率为1.7292，色散系数为54.669；
所述第五透镜的折射率为1.691，色散系数为54.859；
所述第六透镜的折射率为1.9229，色散系数为18.895。
可选地，在本发明中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的面型参数如下：
Figure 191042DEST_PATH_IMAGE005
。
可选地，在本发明中，所述第七透镜的出射面一侧设有护镜。
本发明的优点和积极效果是：
光线经过第一透镜和第二透镜，第一透镜和第二透镜快速收缩大视场角，保证大视场成像，从第二透镜出射的光线经过第三透镜和第四透镜，第三透镜保证在同一平面上成像，并且，第四透镜能够使光线汇聚在一个点上，从第四透镜出射的光线经过胶合透镜组，第五透镜和第六透镜通过搭配不同的玻璃材料，用以矫正色差，从第六透镜出射的光线经过第七透镜，由于第七透镜设为自由曲面，第七透镜的面型方程增加了多项式的部分，自由度较高，因此，可以改善因大视场所产生的TV畸变和光学畸变。
如此，本发明具有低TV畸变和光学畸变特性，也就是说，拍摄的图像TV畸和光学畸变小，成像品质较高，拍摄的图片（尤其是图片的边缘）更接近真实场景。
附图说明
图1是本发明的提供的一种光学透镜模组的结构示意图；
图2是本发明的提供的矫正前后的TV畸变对比图；
图3是本发明的提供的矫正前后的光学畸变对比图；
附图标记：
1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、第五透镜；6、第六透镜；7、第七透镜；8、护镜。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分，而不是全部的。基于本发明中的，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、 “ 水平的”、“ 左”、“ 右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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。
以下结合附图对本发明做进一步详述：
本发明提出的一种光学透镜模组，如图1所示，包括：沿光线入射方向依次同轴排布的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7，所述第五透镜5和所述第六透镜6组成胶合透镜组；
所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述第五透镜5和所述第六透镜6均设为球面，所述第七透镜7设为非球面；
其中，所述第一透镜1设为具有负光焦度的凹凸透镜；
所述第二透镜2设为具有负光焦度的凹凸透镜；
所述第三透镜3设为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第四透镜4设为具有正光焦度的凹凸透镜；
所述第五透镜5设为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第六透镜6设为具有负光焦度的凹透镜；
所述第七透镜7设为具有负光焦度的凹透镜。
如此，本发明具有低TV畸变和光学畸变特性，也就是说，拍摄的图像TV畸和光学畸变小，成像品质较高，拍摄的图片（尤其是图片的边缘）更接近真实场景。
如下将详细说明，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7的具体作用。
将第一透镜1设为负光焦度的凹凸透镜以及将第二透镜2设为负光焦度的凹凸透镜的作用是：快速收缩大视场角，保证大视场成像。
其中，第一透镜1的形状和第二透镜2的形状设置为弯月形。
将第三透镜3设为正光焦度的双凸透镜的作用是：矫正场曲。
其中，由于不同角度、不同颜色的光线经过透镜后，最终的成像不能保证在同一平面，会产生像差，因此，通过设置第三透镜3，可以保证所有的成像最终都能在同一个平面上。
将第四透镜4设为正光焦度的凹凸透镜的作用是：矫正场曲和像散。
其中，通过设置的第四透镜4，使正子午光线和弧矢光线能够汇聚到一点，因此，提升了成像质量。
将第五透镜5设为正光焦度的双凸透镜以及将第六透镜6设为负光焦度的凹透镜的作用是：矫正色差。
其中，由于透镜对不同颜色的光线的汇聚能力不同，会导致不同颜色的光线无法汇聚到一点，因此，设置的第五透镜5和第六透镜6，即胶合透镜组，通过搭配不同的玻璃材料来达到矫正色差的目的，从而提高了镜头成像质量。
将第七透镜7设为自由曲面的作用是：矫正TV畸变。
其中，第七透镜7设置在第六透镜6和护镜8之间，也就是说，第七透镜7靠近成像面，因此，第七透镜7的形状会直接影响成像大小，并且，通过将第七透镜7设为自由曲面，且自由度较高，使具有高自由度特性的第七透镜7，能更好的对成像起到补充作用，从而可以改善由大视场角造成的大的TV畸变，从而降低图像的失真度，提高图像的还原度。
参见如图2所示，图2中（a）为现有技术矫正前的TV畸变，TV畸变为“桶形畸变”，大小为-26.45%；图2中（b）图为本发明矫正后的TV畸变，TV畸变为“枕形畸变”，大小为-5%。通过如上的数据进行对比，可知，本发明能够有效的改善TV畸变。
再参见如图3所示，图3中（a）为现有技术矫正前的光学畸变，大小为22.845%；图3中（b）为本发明矫正后的光学畸变，大小为14.112%。通过如上的数据进行对比，可知，本发明能够有效的改善光学畸变。
可选地，在本发明中，所述第七透镜7的面型方程为；
Figure 269857DEST_PATH_IMAGE006
其中，c 为半径所对应的曲率，r为径向长度，k 为圆锥二次曲线系数，
Figure 908780DEST_PATH_IMAGE007
为径向坐标所对应的系数,(x，y)为某一点的坐标，
Figure 368842DEST_PATH_IMAGE008
为各点坐标的多项式,r2=x2+y2。
可选地，在本发明中，所述第七透镜7的折射率在1.5-1.95之间，色散系数在18-70之间。
如此，折射率在1.5-1.95之间且色散系数在18-70之间的第七透镜7，不仅可以改善TV畸变和光学畸变，还节约了成本，便于加工制作。
可选地，在本发明中，所述第七透镜7的折射率为1.5312，色散系数为56.044。
其中，由于设为自由曲面的第七透镜7的自由度较高，所以在加工制作时，比较困难，因此，对于第七透镜7而言，优选的，可以选择折射率在1.5-1.64之间的树脂镜片。
然而，高折射率对应的色散系数较低，虽然能够改善TV畸变，但是不利于矫正色差，因此，经过平衡之后，第七透镜7选择折射率接近平均值为1.5312、色散系数相对较高为56.044的镜片，
如此，第七透镜7具有较高的折射率以及较高的色散系数，不仅可以改善TV畸变，还可以改善色差。
可选地，在本发明中，所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述第五透镜5和所述第六透镜6的面型方程为：
Figure 319480DEST_PATH_IMAGE004
其中，c 为半径所对应的曲率，r为径向长度，k 为圆锥二次曲线系数。
可选地，在本发明中，所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述第五透镜5和所述第六透镜6的折射率均在1.5-1.95之间，色散系数在18-70之间。
如此，既可以使得第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6实现其本身的作用，还可以减少成本。
可选地，在本发明中，所述第一透镜1的折射率为1.5225，色散系数为59.512；
所述第二透镜2的折射率为1.8，色散系数为18.895；
所述第三透镜3的折射率为1.9，色散系数为37.054；
所述第四透镜4的折射率为1.7292，色散系数为54.669；
所述第五透镜5的折射率为1.691，色散系数为54.859；
所述第六透镜6的折射率为1.9229，色散系数为18.895。
其中，第一透镜1和第二透镜2是相互配合的，具体地，第一透镜1的低折射率1.5225搭配第二透镜的高折射率1.8，第一透镜1的高色散系数59.512搭配第二透镜的低色散系数18.895，如此设置，在保证视场角的基础之上，而不引入更大的像差，也就是说，能够提高成像质量。
第三透镜3具有较高的折射率，能够很好的矫正第一透镜1和第二透镜2引入的场区问题。
第四透镜4具有较高的折射率和较高的色散系数，能够矫正场曲和像散。
第五透镜5和第六透镜6组成胶合透镜组，胶合透镜组采用折射率和色散系数差异较大的材料构成，也就是说，第五透镜5的低折射率1.691搭配第六透镜6的高折射率1.9229以及第五透镜5的高色散系数54.859搭配第六透镜6的低色散系数18.895组成胶合透镜组，如此设置，在不大幅度引入相差的情况下，还可以改善色差。并且，在本发明中，高色散系数54.859的第五透镜5设置在高折射率1.9229的第六透镜6前面，如此设置的原因是：矫正色差的同时，还使得光线过渡比较平缓，有利于加工制造。
可选地，在本发明中，所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述第五透镜5和所述第六透镜6的面型参数如下：
Figure 139669DEST_PATH_IMAGE005
。
上述曲率半径R有正号和负号，其具体意义如下具体说明：
透镜的左侧为凸面时，曲率半径R为正；
透镜的左侧为凹面时，曲率半径R为负；
透镜的右侧为凸面时，曲率半径R为负；
透镜的右侧为凹面时，曲率半径R为正。
例如，第一透镜1的左侧，也就是第一面是凸面，因此，曲率半径R为正；
再例如，第一透镜1的右侧，也就是第二面是凹面，因此，曲率半径R为正；
其他面可参见上述两个例子，重复之处不再赘述。
可选地，在本发明中，所述第七透镜7的出射面一侧设有护镜8。
本发明的工作原理和工作过程如下：
光线经过第一透镜1和第二透镜2，第一透镜1和第二透镜2快速收缩大视场角，保证大视场成像，从第二透镜2出射的光线经过第三透镜3和第四透镜4，第三透镜3保证在同一平面上成像，并且，第四透镜4能够使光线汇聚在一个点上，从第四透镜4出射的光线经过胶合透镜组，第五透镜5和第六透镜6通过搭配不同的玻璃材料，用以矫正色差，从第六透镜6出射的光线经过第七透镜7，由于第七透镜7设为自由曲面，第七透镜7的面型方程增加了多项式的部分，自由度较高，因此，可以改善因大视场所产生的TV畸变和光学畸变。
如此，本发明具有低TV畸变和光学畸变特性，也就是说，拍摄的图像TV畸和光学畸变小，成像品质较高，拍摄的图片（尤其是图片的边缘）更接近真实场景。
需要强调的是，本发明所述的是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种光学透镜模组，其特征在于，包括：沿光线入射方向依次同轴排布的第一透镜（1）、第二透镜（2）、第三透镜（3）、第四透镜（4）、第五透镜（5）、第六透镜（6）和第七透镜（7），所述第五透镜（5）和所述第六透镜（6）组成胶合透镜组；
所述第一透镜（1）、所述第二透镜（2）、所述第三透镜（3）、所述第四透镜（4）、所述第五透镜（5）和所述第六透镜（6）均设为球面，所述第七透镜（7）设为非球面；
其中，所述第一透镜（1）设为具有负光焦度的物面为凸、像面为凹的透镜；
所述第二透镜（2）设为具有负光焦度的物面为凸、像面为凹的透镜；
所述第三透镜（3）设为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第四透镜（4）设为具有正光焦度的物面为凹、像面为凸的透镜；
所述第五透镜（5）设为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第六透镜（6）设为具有负光焦度的凹透镜；
所述第七透镜（7）设为具有负光焦度的凹透镜；
所述第七透镜（7）设为自由曲面，所述第七透镜（7）的面型方程为：
Figure 283775DEST_PATH_IMAGE001
其中，c 为半径所对应的曲率，r为径向长度，k 为圆锥二次曲线系数，
Figure 661274DEST_PATH_IMAGE002
为径向坐标所对应的系数，(x，y)为某一点的坐标，
Figure 335969DEST_PATH_IMAGE003
为各点坐标的多项式，r2=x2+y2。
2.根据权利要求1所述的一种光学透镜模组，其特征在于，所述第七透镜（7）的折射率在1.5-1.95之间，色散系数在18-70之间。
3.根据权利要求2所述的一种光学透镜模组，其特征在于，所述第七透镜（7）的折射率为1.5312，色散系数为56.044。
4.根据权利要求3所述的一种光学透镜模组，其特征在于，所述第一透镜（1）、所述第二透镜（2）、所述第三透镜（3）、所述第四透镜（4）、所述第五透镜（5）和所述第六透镜（6）的面型方程为：
Figure 859354DEST_PATH_IMAGE004
其中，c为半径所对应的曲率，r为径向长度，k为圆锥二次曲线系数。
5.根据权利要求4所述的一种光学透镜模组，其特征在于，所述第一透镜（1）、所述第二透镜（2）、所述第三透镜（3）、所述第四透镜（4）、所述第五透镜（5）和所述第六透镜（6）的折射率均在1.5-1.95之间，色散系数在18-70之间。
6.根据权利要求5所述的一种光学透镜模组，其特征在于，所述第一透镜（1）的折射率为1.5225，色散系数为59.512；
所述第二透镜（2）的折射率为1.8，色散系数为18.895；
所述第三透镜（3）的折射率为1.9，色散系数为37.054；
所述第四透镜（4）的折射率为1.7292，色散系数为54.669；
所述第五透镜（5）的折射率为1.691，色散系数为54.859；
所述第六透镜（6）的折射率为1.9229，色散系数为18.895。
7.根据权利要求6所述的一种光学透镜模组，其特征在于，所述第一透镜（1）、所述第二透镜（2）、所述第三透镜（3）、所述第四透镜（4）、所述第五透镜（5）和所述第六透镜（6）的面型参数如下：
Figure 413832DEST_PATH_IMAGE005
。
8.根据权利要求1所述的一种光学透镜模组，其特征在于，所述第七透镜（7）的出射面一侧设有护镜（8）。
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Assignee: Zhongguancun Technology Leasing Co.,Ltd.

Assignor: Yipu Photoelectric (Tianjin) Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022980016562

Denomination of invention: An optical lens module

Granted publication date: 20220215

License type: Exclusive License

Record date: 20220926

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Denomination of invention: An optical lens module

Effective date of registration: 20220927

Granted publication date: 20220215

Pledgee: Zhongguancun Technology Leasing Co.,Ltd.

Pledgor: Yipu Photoelectric (Tianjin) Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980016648