CN114428390B

CN114428390B - 广角镜头及成像设备

Info

Publication number: CN114428390B
Application number: CN202210353370.8A
Authority: CN
Inventors: 徐文; 章彬炜; 曾昊杰
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2022-04-06
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2022-08-26
Anticipated expiration: 2042-04-06
Also published as: CN114428390A

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，其物侧面在近光轴处为凹面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第五透镜，其像侧面为凸面；具有负光焦度的第六透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面为凹面。该广角镜头具有超大广角、小焦距及总长短的优点。

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

短视频时代的崛起，带动了光学镜头的快速发展，镜头像素不断提高，摄像清晰度不断提升的同时，长焦、潜望式、广角等功能性光学镜头性能也有着巨大的进步。作为最符合人眼视野角度的广角镜头，其应用遍布手机、车载、安防、无人机等诸多领域，尤其是在手机设备上，广角镜头更是1500元档手机的必备镜头。

自从2018年，有手机厂商在旗舰机型上搭载了视场角125°的广角镜头起，之后广角镜头因其小焦距大视场角的特点，能够产生较大的桶形畸变，以创造特殊的视觉效果被广泛应用于旗舰机型甚至向中低端手机蔓延，但广角镜头的视场角度都在130°以下。直到近期，全球首款搭载了视场角达到150°的超大广角镜头的手机成功发布，接下来更多搭载150°视场角的超大广角镜头的手机将发售，超大广角的镜头的需求会越来越大。而如何实现超大广角、小焦距及总长短的均衡，将是本领域技术人员需要解决的技术问题。

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，具有超大广角、小焦距及总长短的优点，以满足消费者的摄像需求。

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，所述第一透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第一透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第三透镜，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为凸面；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第四透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述广角镜头满足以下条件式：FOV>150°；-1.20<f1/f< -0.94；其中，FOV表示所述广角镜头对角线方向的视场角，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距。

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，由6片具有特定材料和表面形状的非球面镜片组成，且光阑的位置和光焦度分配合理，使得该广角镜头在满足150°的超大视场角的同时，结构紧凑，有着极大的市场前景和竞争力。

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、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和滤光片。

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

第二透镜具有正光焦度，所述第二透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；

第三透镜具有正光焦度，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为凸面；

第四透镜具有负光焦度，所述第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第四透镜的像侧面为凹面；

第五透镜具有正光焦度，所述第五透镜的像侧面为凸面；

第六透镜具有负光焦度，所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

FOV>150°；（1）

-1.20<f1/f<-0.94 ；（2）

其中，FOV表示所述广角镜头对角线方向的视场角，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距。满足条件式（1）和（2），使得广角镜头在实现超大视场角的同时，镜头体积也能小型化。若超出条件式（1），则所述广角镜头成像范围会减小，成像画面的空间感会减弱；若超出条件式（2），则所述广角镜头的第一透镜的口径难以达到理想值，在镜头视场角满足的情况下，镜头体积不利于实现电子设备轻薄化的目标。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.22<f/TTL< 0.27；（3）

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，TTL表示所述广角镜头的光学总长。满足条件式（3），有利于所述广角镜头实现超大视场角和紧凑型结构的均衡，从而适用于轻薄化的电子设备。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.45<（SAG12-SAG11）/CT1 <1.03；（4）

其中，SAG11表示所述第一透镜的物侧面的矢高，SAG12表示所述第一透镜的像侧面的矢高，CT1表示所述第一透镜的中心厚度。满足条件式（4），可以控制第一透镜的形状，降低第一透镜的成型难度，从而降低加工敏感度，有利于所述广角镜头生产良率的提升。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

3.73<f2/f< 4.71；（5）

-2.00<R31/R32< -1.60；（6）

其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距，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。满足条件式（5）和（6），可以合理控制第二透镜和第三透镜的形状，使其承担光学系统中主要的正光焦度，加快光线的偏折趋势，有利于所述广角镜头总长的缩短。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

1.60<ET4/CT4<1.98；（7）

其中，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度，CT4表示所述第四透镜的中心厚度。满足条件式（7），可以合理地控制第四透镜边缘厚度和中心厚度的尺寸，避免第四透镜成型加工时某处太薄而成型困难。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

-1.54<R41/f4< -0.74；（8）

其中，R41表示所述第四透镜的物侧面的曲率半径，f4表示所述第四透镜的有效焦距。满足条件式（8），可以合理分配第四透镜的光焦度，有利于外围视场像差的矫正，从而提高所述广角镜头的成像品质。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.05<CT45/TTL<0.07；（9）

其中，CT45表示所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的空气间距，TTL表示所述广角镜头的光学总长。满足条件式（9），可以合理地控制第四透镜和第五透镜间的距离，有利于减缓光线偏折的趋势，从而降低整个光学系统的敏感性，降低所述广角镜头组装生产的难度。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

-0.49<f5/f6 <-0.23；（10）

其中，f5表示所述第五透镜的有效焦距，f6表示所述第六透镜的有效焦距。满足条件式（10），可以合理分配第五透镜和第六透镜的焦距，能够使光线以较小的角度从第五透镜和第六透镜中出射，有利于所述广角镜头光学畸变的校正。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.71<SAG61/SAG62< 1.20；（11）

其中，SAG61表示所述第六透镜的物侧面的矢高，SAG62表示所述第六透镜的像侧面的矢高。满足条件式（11），可以合理控制第六透镜的形状，减缓光线偏折幅度，有利于相对照度的提升。

在一些实施方式中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜可均为玻璃镜片或均为塑胶镜片，或者也可以是塑胶镜片和玻璃镜片的组合。

在一些实施方式中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为塑胶非球面镜片。通过采用非球面镜片，可使所述广角镜头具有更好的成像质量，结构更为紧凑，光学总长更短。

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

本发明第一实施例提供的广角镜头100的结构示意图请参阅图1，该广角镜头100沿光轴从物侧到成像面S15依次包括：第一透镜L1，第二透镜L2，光阑ST，第三透镜L3，第四透镜L4，第五透镜L5，第六透镜L6以及滤光片G1。

第一透镜L1为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第一透镜的物侧面S1在近光轴处为凹面，第一透镜的像侧面S2为凹面；

第二透镜L2为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，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为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，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为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第四透镜的物侧面S7为凸面，第四透镜的像侧面S8为凹面；

第五透镜L5为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第五透镜的物侧面S9为凸面，第五透镜的像侧面S10为凸面；

第六透镜L6为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第六透镜的物侧面S11在近光轴处为凸面，第六透镜的像侧面S12在近光轴处为凹面；

滤光片G1的物侧面为S13、像侧面为S14。

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，其中R代表曲率半径（单位：mm），d代表光学表面间距（单位：mm），n_d代表材料的d线折射率，V_d代表材料的阿贝数。

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±0.2mm以内，光学畸变控制在±70%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.025mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差都控制在±1.5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的结构与第一实施例中的广角镜头100的结构形状基本相同，材料也一致，但各透镜的曲率半径、中心厚度及边缘厚度等都发生了变化。

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±0.1mm以内，光学畸变控制在±70%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.025mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差都控制在±1.5微米内，说明广角镜头200的场曲、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的机构示意图请参阅图11，本实施例中的广角镜头300与第一实施例中的广角镜头100的结构形状大致相同，材料也一致，但各透镜的曲率半径、中心厚度及边缘厚度等都发生了变化。

本实施例中的广角镜头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±0.2mm以内，光学畸变控制在±65%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±1.2微米内，说明广角镜头300的场曲、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的机构示意图请参阅图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的结构形状大致相同，材料也一致，但各透镜的曲率半径、中心厚度及边缘厚度等都发生了变化。

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±61%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.045mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差都控制在±1.3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，主要包括各个实施例的广角镜头的有效焦距f，光圈数F#，入瞳直径EPD，光学总长TTL及最大视场角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）本发明所提供的广角镜头采用了六片具有特定的表面形状的镜片搭配和合理的光焦度分配，使该广角镜头具有较高的成像质量，对角线方向的视场角超过了150°。

（2）本发明提供的广角镜头由于光阑的位置和表面形状设置合理，使得该广角镜头的入瞳直径较小（EPD<0.58mm），同时镜头的结构更加紧凑（TTL<5.18mm），有利于电子设备的轻薄化。

（3）本发明提供的广角镜头具有更大的视野范围，能够产生较大的桶形畸变，增强了摄影画面的空间纵深感，使得成像效果更加显著。

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具有超大广角、小焦距及总长短的优点，具有广角镜头100的成像设备500也具有超大广角、小焦距及总长短的优点。

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，共六片透镜，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，所述第一透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第一透镜的像侧面为凹面；

具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；

光阑；

具有正光焦度的第三透镜，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为凸面；

具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第四透镜的像侧面为凹面；

具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

其中，所述广角镜头满足以下条件式：

FOV>150°；

-1.20<f1/f< -0.94；

0.71<SAG61/SAG62< 1.20；

其中，FOV表示所述广角镜头对角线方向的视场角，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距，SAG61表示所述第六透镜的物侧面的矢高，SAG62表示所述第六透镜的像侧面的矢高。

2.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：

0.22<f/TTL< 0.27；

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，TTL表示所述广角镜头的光学总长。

3.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：

0.45<（SAG12-SAG11）/CT1 <1.03；

其中，SAG11表示所述第一透镜的物侧面的矢高，SAG12表示所述第一透镜的像侧面的矢高，CT1表示所述第一透镜的中心厚度。

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：

3.73<f2/f<4.71；

-2.00<R31/R32<-1.60；

其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距，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。

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：

1.60<ET4/CT4<1.98；

其中，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度，CT4表示所述第四透镜的中心厚度。

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：

-1.54<R41/f4< -0.74；

其中，R41表示所述第四透镜的物侧面的曲率半径，f4表示所述第四透镜的有效焦距。

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：

0.05<CT45/TTL<0.07；

其中，CT45表示所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的空气间距，TTL表示所述广角镜头的光学总长。

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：

-0.49<f5/f6 <-0.23；

其中，f5表示所述第五透镜的有效焦距，f6表示所述第六透镜的有效焦距。

9.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-8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。