CN114384672B

CN114384672B - 广角镜头及成像设备

Info

Publication number: CN114384672B
Application number: CN202210292428.2A
Authority: CN
Inventors: 肖国亮; 章彬炜; 曾昊杰
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2022-03-24
Filing date: 2022-03-24
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2042-03-24
Also published as: CN114384672A

Abstract

本发明公开了一种广角镜头及成像设备，该广角镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述广角镜头的入瞳直径EPD<0.43mm，所述广角镜头的光学总长TTL≤4.2mm。该广角镜头具有畸变小、大视场、总长短的优点。

Description

广角镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种广角镜头及成像设备。

背景技术

目前，随着影像识别镜头的高速发展，广角镜头在各领域都有广泛应用，尤其包括广角镜头、超广角镜头以及鱼眼镜头在内的镜头发挥的作用极其显著。

其中，广角镜头具有镜头扭曲特性，能够使处于镜头边缘的事物被拉长和放大，而且具有广视场和小焦距等特点。目前，市场对镜头小型化、小畸变的要求越来越高，故而需要一种兼具大视场和小畸变的高质量成像镜头。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种广角镜头及成像设备，具有畸变小、大视场、总长短的优点。

本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

第一方面，本发明提供了一种广角镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述广角镜头的入瞳直径EPD<0.43mm，所述广角镜头的光学总长TTL≤4.2mm。

第二方面，本发明提供一种成像设备，包括成像元件及第一方面提供的广角镜头，成像元件用于将广角镜头形成的光学图像转换为电信号。

相较现有技术，本发明提供的广角镜头及成像设备，通过采用三片具有特定形状的非球面镜片，并且使用特定的光焦度组合及面型搭配，在满足广视场的同时在一定程度上减小了镜头总长，且满足小畸变的需求。

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为本发明第一实施例的广角镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的广角镜头的场曲曲线图；

图3为本发明第一实施例的广角镜头的畸变曲线图；

图4为本发明第一实施例的广角镜头的轴上点球差色差曲线图；

图5为本发明第一实施例的广角镜头的横向色差曲线图；

图6为本发明第二实施例的广角镜头的结构示意图；

图7为本发明第二实施例的广角镜头的场曲曲线图；

图8为本发明第二实施例的广角镜头的畸变曲线图；

图9为本发明第二实施例的广角镜头的轴上点球差色差曲线图；

图10为本发明第二实施例的广角镜头的横向色差曲线图；

图11为本发明第三实施例的广角镜头的结构示意图；

图12为本发明第三实施例的广角镜头的场曲曲线图；

图13为本发明第三实施例的广角镜头的畸变曲线图；

图14为本发明第三实施例的广角镜头的轴上点球差色差曲线图；

图15为本发明第三实施例的广角镜头的横向色差曲线图；

图16为本发明第四实施例的广角镜头的结构示意图；

图17为本发明第四实施例的广角镜头的场曲曲线图；

图18为本发明第四实施例的广角镜头的畸变曲线图；

图19为本发明第四实施例的广角镜头的轴上点球差色差曲线图；

图20为本发明第四实施例的广角镜头的横向色差曲线图；

图21为本发明第五实施例的成像设备的结构示意图。

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。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。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

本发明提出一种广角镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜以及滤光片。

其中，第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面或凹面，第一透镜的像侧面为凹面；

第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凸面；

第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

其中，所述广角镜头的入瞳直径EPD<0.43mm；所述广角镜头的光学总长TTL≤4.2mm。

本发明的广角镜头采用三片具有特定光焦度的非球面镜片，通过各透镜特定面型的搭配，使得镜头的畸变较小，并且具有较小的光学总长，进而能够满足广视场、小畸变的要求。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.25<|IH/（f*DISG）| <0.35；（1）

其中，IH表示所述广角镜头的实际半像高，f表示所示广角镜头的有效焦距，DISG表示所示广角镜头的最大畸变。满足条件式（1），通过控制|IH/（f*DISG）|的比值，可以减小广角镜头的畸变，有利于实现镜头的小型化。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.1<CT12/TTL<0.35；（2）

其中，CT12表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间隔，TTL表示所述广角镜头的光学总长。满足条件式（2），使镜头具有较大的视场角，同时能够较好地减小广角镜头的光学畸变。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.35<(CT1+CT2+CT3)/TTL<0.6；（3）

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，TTL表示所述广角镜头的光学总长。满足条件式（3），通过合理设置三片透镜的厚度，可以合理的控制广角镜头的总长，使广角镜头的光学畸变得到良好的矫正，同时有利于降低广角镜头的敏感度，提高解像能力。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

-6<(f1+f2+f3)/f <-2；（4）

其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距。满足条件式（4），通过合理配置各个透镜的光焦度，有助于加强轴外视场的慧差矫正，同时很好的收敛场曲、像差，从而使镜头拥有更高的解像能力。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.01 mm/rad<f/ Semi-Fov<0.02 mm/rad；（5）

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，Semi-Fov表示所述广角镜头的最大视场角的一半，单位为弧度。满足条件式（5），使镜头具有较大的视场角，能够较好地实现镜头广视角与高像素的均衡。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.04 mm/rad <DM11/Semi-Fov<0.06 mm/rad；( 6 )

其中，DM11表示所述第一透镜的物侧面的最大有效半口径，Semi-Fov表示所述广角镜头的最大视场角的一半，单位为弧度。满足条件式（6），能够合理的控制头部镜片的口径，有利于实现广角镜头广角化，同时有利于控制第二透镜及第三透镜的口径，有利于实现镜头广视角及小畸变的均衡。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

1<(R31-CT3)/R32<8；( 7 )

其中，R31表示第三透镜的物侧面的曲率半径，R32表示第三透镜的像侧面的曲率半径，CT3表示第三透镜的中心厚度。满足条件式（7），可以合理控制第三透镜的形状，有效矫正系统的球差、场曲、畸变等像差，使边缘的成像更加清晰；同时通过适当约束第三透镜的中心厚度，使其易于加工。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0<(R11+R12)/(R11-R12)<1.5；（8）

其中，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R12表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（8），可以通过合理控制第一透镜的形状，有利于对光学系统像差更好的校正，减小广角镜头的总长。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.5<(CT1+CT2+CT3) /(ET1+ET2+ET3)< 1.5；（9）

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，ET1表示所述第一透镜的边缘厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，ET2表示所述第二透镜的边缘厚度，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，ET3表示所述第三透镜的边缘厚度。满足条件式（9），通过合理控制第一透镜、第二透镜以及第三透镜的形状，有利于透镜加工，减小广角镜头的总长，同时很好的收敛场曲和像差，减小广角镜头的畸变。

作为一种实施方式，采用三片塑胶镜片的搭配结构，在实现镜头的广角化、小畸变的同时，还能够保证镜头具有良好的成像效果。其中第一透镜、第二透镜以及第三透镜都是塑胶非球面镜片，采用非球面镜片，可以有效降低成本，修正像差，提供更高性价比的光学性能产品。

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，广角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，各个透镜的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，k为二次曲面系数，A_2i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广角镜头100的结构示意图，该广角镜头100沿光轴从物侧到成像面S9依次包括：第一透镜L1、光阑ST、第二透镜L2、第三透镜L3以及滤光片G1。

第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1在近光轴处为凸面，第一透镜的像侧面S2为凹面；

第二透镜L2具有正光焦度，第二透镜的物侧面S3为凸面，第二透镜的像侧面S4为凸面；

第三透镜L3具有负光焦度，第三透镜的物侧面S5在近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面S6在近光轴处为凹面，且第三透镜的物侧面S5和像侧面S6均具有反曲点；

滤光片G1的物侧面为S7、像侧面为S8。

其中，第一透镜L1、第二透镜L2以及第三透镜L3均为塑胶非球面镜片。

本实施例提供的广角镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示。

表1

本实施例中的广角镜头100的各非球面的面型系数如表2所示。

表2

在本实施例中，广角镜头100的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图2、图3、图4和图5所示，由图2至图5可以看出，场曲控制在±0.1mm以内，光学畸变控制在±5.5%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.04mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差都控制在±5.1微米内，说明广角镜头100的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

第二实施例

本实施例提供的广角镜头200的结构示意图请参阅图6，本实施例中的广角镜头200与第一实施例中的广角镜头100的结构大抵相同，不同之处主要在于第一透镜的物侧面S1在近光轴处为凹面，且设计参数不同。

本实施例提供的广角镜头200中各个镜片的相关参数如表3所示。

表3

本实施例中的广角镜头200的各非球面的面型系数如表4所示。

表4

在本实施例中，广角镜头200的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图7、图8、图9和图10所示，由图7至图10可以看出，场曲控制在±0.32mm以内，光学畸变控制在±5.5%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.05mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差都控制在±5微米内，说明广角镜头200的畸变和色差都被良好地校正。

第三实施例

本实施例提供的广角镜头300的结构示意图请参阅图11，本实施例中的广角镜头300的结构与第一实施例中的广角镜头100的结构大抵相同，不同之处主要在于设计参数不同。

本实施例提供的广角镜头300中各个镜片的相关参数如表5所示。

表5

本实施例中的广角镜头300的各非球面的面型系数如表6所示。

表6

在本实施例中，广角镜头300的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图12、图13、图14和图15所示，由图12至图15可以看出，场曲控制在±0.25mm以内，光学畸变控制在±5.5%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.08mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差都控制在±3.2微米内，说明广角镜头300的畸变和色差都被良好地校正。

第四实施例

本实施例提供的广角镜头400的结构示意图请参阅图16，本实施例中的广角镜头400与第一实施例中的广角镜头100的结构大抵相同，不同之处主要在于第一透镜的物侧面S1在近光轴处为凹面，以及设计参数不同。

本实施例中的广角镜头400中各个镜片的相关参数如表7所示。

表7

本实施例中的广角镜头400的各非球面的面型系数如表8所示。

表8

在本实施例中，广角镜头400的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图17、图18、图19和图20所示，由图17至图20可以看出，场曲控制在±0.1mm以内，光学畸变控制在±5.5%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.035mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差都控制在±5.1微米内，说明广角镜头400的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

表9是上述四个实施例对应的光学特性，主要包括广角镜头的有效焦距f、实际半像高IH及视场角2θ，以及与上述每个条件式对应的数值。

表9

综上，本实施例提供的广角镜头至少具有以下优点：

（1）现在市面上常见的应用于影像识别的广角镜头的光学畸变一般在30%以上，而本发明提供的广角镜头由于各透镜面型及光焦度设置合理，同时具有较小畸变以及较小的总长，使镜头的畸变大小可以控制在±5.5%以内，能够更好地满足广视场、小畸变的需求。

（2）采用三片具有特定光焦度的塑胶非球面镜片，并且采用特定的表面形状搭配，在满足广视角的同时具有较小的体积以及较好的成像质量。

第五实施例

请参阅图21，所示为本发明第五实施例提供的成像设备500，该成像设备500可以包括成像元件510和上述任一实施例中的广角镜头（例如广角镜头100）。成像元件510可以是CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补性金属氧化物半导体）图像传感器，还可以是CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）图像传感器。

该成像设备500可以是手机、平板、相机以及其它任意一种形态的装载了上述广角镜头的电子设备。

本实施例提供的成像设备500包括广角镜头100，由于广角镜头100具有畸变小、大视场、总长短的优点，具有广角镜头100的成像设备500也具有畸变小、大视场、总长短的优点。

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

1.一种广角镜头，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次包括：

具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的像侧面为凹面；

光阑；

具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

其中，所述广角镜头的入瞳直径EPD<0.43mm，所述广角镜头的光学总长TTL≤4.2mm；

所述广角镜头满足以下条件式：

0.293≤|IH/（f*DISG）| <0.35；

5.1≤|DISG|≤5.5；

其中，DISG表示所述广角镜头的最大畸变，IH表示所述广角镜头的实际半像高，f表示所述广角镜头的有效焦距。

2.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面。

3.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面在近光轴处为凹面。

4.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

0.1<CT12/TTL<0.35；

其中，CT12表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间隔，TTL表示所述广角镜头的光学总长。

5.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

0.35<(CT1+CT2+CT3)/TTL<0.6；

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，TTL表示所述广角镜头的光学总长。

6.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

-6<(f1+f2+f3)/f <-2；

其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距。

7.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

0.01 mm/°<f/ Semi-Fov<0.02 mm/°；

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，Semi-Fov表示所述广角镜头的最大视场角的一半。

8.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

0.04 mm/°<DM11/Semi-Fov<0.06 mm/°；

其中，DM11表示所述第一透镜的物侧面的最大有效半口径，Semi-Fov表示所述广角镜头的最大视场角的一半。

9.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

1<(R31-CT3)/R32<8；

其中，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径，R32表示所述第三透镜的像侧面的曲率半径，CT3表示所述第三透镜的中心厚度。

10.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

0<(R11+R12)/(R11-R12)<1.5；

其中，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R12表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径。

11.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

0.5<(CT1+CT2+CT3) /(ET1+ET2+ET3)< 1.5；

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，ET1表示所述第一透镜的边缘厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，ET2表示所述第二透镜的边缘厚度，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，ET3表示所述第三透镜的边缘厚度。

12.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的广角镜头及成像元件，所述成像元件用于将所述广角镜头形成的光学图像转换为电信号。