CN114509863B

CN114509863B - 广角镜头及成像设备

Info

Publication number: CN114509863B
Application number: CN202210413313.4A
Authority: CN
Inventors: 李伟娜; 高博; 何晓源; 赖晗; 鲍海江; 岑镜谋
Original assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Priority date: 2022-04-20
Filing date: 2022-04-20
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2042-04-20
Also published as: CN114509863A

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，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜；光阑；具有正光焦度的第四透镜，其像侧面为凸面；具有正光焦度的第五透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第六透镜，其物侧面和像侧面均为凹面，且第六透镜与第五透镜组成胶合透镜组；具有正光焦度的第七透镜，其物侧面为凸面。该广角镜头具有大广角、大像面的优点。

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

随着移动互联网的发展，加上社交、视频、直播类软件的流行，人们对于摄影的喜爱程度越来越高，对成像效果的追求也更加多元化，既要求高清的像质，还要求超大的视野以拍摄大范围视觉冲击力强烈的画面，无人机以其独特的高空视角以及广幅的拍摄画面赢得了消费者的喜爱。目前无人机发展迅速，相应的对与其配套的光学镜头的要求也越来越高。

由于无人机多在剧烈震动、高压强和极限温度等复杂环境下使用，因此对所搭配的光学镜头的性能要求极高，既要有良好的热稳定性以适应户外的严苛环境，还要求有轻巧的外表及较小的重量，以增加无人机在高空飞行拍摄的续航时间；同时还要求镜头具有较大的视场角以拍摄大范围内的画面。目前，市场上常规的光学镜头很难满足无人机多元化的使用需求。

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，具有大广角、大像面的优点，能够满足无人机、运动相机等领域多元化的使用需求。

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；光阑；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面和像侧面均为凹面，且所述第六透镜与所述第五透镜组成胶合透镜组；具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面为凸面；其中，所述广角镜头满足以下条件式：140°<FOV<170°；7.5mm<IH<8.5mm；其中，FOV表示所述广角镜头的最大视场角，IH表示所述广角镜头的最大视场角所对应的像高。

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，采用七片球面与非球面镜片的搭配设计，通过各透镜的面型及光焦度的合理设置，实现了镜头的大广角效果，同时使镜头具有较大的成像面；由于各镜片间设置紧凑，有效减小了镜头的长度；镜头的光阑及各透镜结构设置合理，能够使更大范围的光量进入机身，满足明暗环境的成像需求。

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F-Theta畸变曲线图；

图3为本发明第一实施例的广角镜头的场曲曲线图；

图4为本发明第一实施例的广角镜头的MTF曲线图；

图5为本发明第二实施例的广角镜头的结构示意图；

图6为本发明第二实施例的广角镜头的F-Theta畸变曲线图；

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MTF曲线图；

图9为本发明第三实施例的广角镜头的结构示意图；

图10为本发明第三实施例的广角镜头的F-Theta畸变曲线图；

图11为本发明第三实施例的广角镜头的场曲曲线图；

图12为本发明第三实施例的广角镜头的MTF曲线图；

图13为本发明第四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、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，各个透镜的光学中心位于同一直线上。

其中，第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；

第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；

第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面为凸面、第三透镜的像侧面为凹面；或者第三透镜的物侧面为凹面、第三透镜的像侧面为凸面；

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凹面或凸面，第四透镜的像侧面为凸面；

第五透镜具有正光焦度，第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

第六透镜具有负光焦度，第六透镜的物侧面和像侧面均为凹面，第六透镜与第五透镜组成胶合透镜组；

第七透镜具有正光焦度，第七透镜的物侧面为凸面。

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的口径，以保证广角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，可以提高广角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，使镜筒通光孔的成型难度下降，提高了生产率，降低了生产成本。

在一些实施方式中，为提高镜头的解像力并有效降低镜头的垂轴色差，所述广角镜头采用多个非球面镜片，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，使成像更清晰。具体地，广角镜头中的第一透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均为球面镜片，第二透镜、第三透镜、第七透镜均为非球面镜片；需要指出的是，其它能够实现所述成像效果的球面与非球面搭配组合也是可行的。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

140°<FOV<170°；（1）

7.5mm<IH<8.5mm；（2）

其中，FOV表示所述广角镜头的最大视场角，IH表示所述广角镜头的最大视场角所对应的像高。满足上述条件式（1）和（2），能够保证所述广角镜头拥有较大的视场角和成像面，能够匹配大靶面COMS芯片的成像需求。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足条件式：

1.8<TTL/IH<2.5；（3）

其中，TTL表示所述广角镜头的光学总长，IH表示所述广角镜头的最大视场角所对应的像高。满足上述条件式（3），保证广角镜头在具有较大成像面的同时使镜头的总长及体积得到有效控制。

在一些实施方式中，为减小镜头的头部大小，所述广角镜头满足以下条件式：

1.2< ET2/CT2 <2.2；（4）

其中，ET2表示所述第二透镜的边缘厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度。满足上述条件式（4），可以合理控制第二透镜的形状及边厚比，降低镜片的加工难度；如果ET2/CT2的值超过下限，会使第二透镜对光线的发散能力不足，并导致镜头总长较长；如果ET2/CT2的值超过上限时，第二透镜的边厚比差异较大，且由于是弯月型的镜片，导致镜片加工成型困难。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.3<DI/TTL<0.8；（5）

其中，DI表示所述第一透镜的通光口径，TTL表示所述广角镜头的光学总长。通过合理设置第一透镜的通光口径DI与广角镜头的总长TTL的比值，在满足广角镜头进光量的同时保证整个广角镜头小巧。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

-0.8<(SAG72-SAG71)/CT7<-0.3；（6）

其中，SAG71表示所述第七透镜的物侧面的矢高，SAG72表示所述第七透镜的像侧面的矢高，CT7表示所述第七透镜的中心厚度。满足条件式（6），通过控制第七透镜的面型，避免镜片出现变异，有助于矫正外围视场的像差，提高光学系统整体的解像力。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

1.5mm< IH/ tanθ<2.5mm；（7）

其中，IH表示所述广角镜头的最大视场角所对应的像高，θ表示所述广角镜头的半视场角。满足上述条件（7），能够合理限定广角镜头的畸变，降低畸变矫正的难度。IH/tanθ的值超过下限时，镜头的畸变会朝负方向增大，导致画面桶形畸变明显，影响拍摄画面的视觉效果；IH/tanθ的值超过上限时，镜头的畸变会朝正方向变大，从而导致光学系统的边缘相对照度降低，画面有暗角风险。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.5<（ET4+ET5+ET6+ET7)/(CT4+CT5+CT6+CT7)<1.5；（8）

其中，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度，ET5表示所述第五透镜的边缘厚度，ET6表示所述第六透镜的边缘厚度，ET7表示所述第七透镜的边缘厚度，CT4表示所述第四透镜的中心厚度，CT5表示所述第五透镜的中心厚度，CT6表示所述第六透镜的中心厚度，CT7表示所述第七透镜的中心厚度。满足条件式（8），可以使得从第四透镜到第七透镜对光学系统的光线起汇聚作用，承担特定的光焦度作用，减小镜头体积，增大成像面。

在一些实施方式中，为了更好地校正色差，所述广角镜头满足以下条件式：

10＜Vd3-Vd2＜40；（9）

其中，Vd3表示所述第三透镜的阿贝数，Vd2表示所述第二透镜的阿贝数。阿贝数用以表示透明介质色散能力的指数。一般来说，透镜的阿贝数越小，色散越严重；反之，透镜的阿贝数越大，色散越轻微。一般来说正负透镜产生的色差可以相互补偿，但要选择合适的阿贝数差值。当Vd3-Vd2的值超过下限时，会使系统的色差矫正不足；当Vd3-Vd2的值超过上限时，局部色差校正过大，并且会出现材料选择困难。

在一些实施方式中，为满足镜头芯片的光线接收要求，所述广角镜头满足以下条件式：

0.1< f1/f2<0.9；（10）

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。满足上述条件式（10），能够合理分配第一透镜和第二透镜的焦距，有利于降低高级像差，同时有利于减小光学镜头的光学总长。

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中提供的广角镜头100的结构示意图，该广角镜头100沿光轴从物侧到成像面S16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，各个透镜的光学中心位于同一直线上。

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为凹面；

光阑；

第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7为凹面，第四透镜的像侧面S8为凸面；

第五透镜L5具有正光焦度，第五透镜的物侧面S9和像侧面均为凸面；

第六透镜L6具有负光焦度，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面S11为凹面，且第五透镜L5和第六透镜L6组成胶合透镜组，第五透镜的像侧面和第六透镜的物侧面胶合组成粘合面S10；

第七透镜L7具有正光焦度，第七透镜的物侧面S12为凸面，第七透镜的像侧面S13在近光轴处为凸面，且第七透镜的像侧面S13具有反曲点。

滤光片G1的物侧面为S14、像侧面为S15。

第一透镜L1、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6均为玻璃球面镜片；第二透镜L2、第三透镜L3、第七透镜L7均为玻璃非球面镜片。

本实施例提供的广角镜头100的各个镜片相关参数如表1所示。

表1

本实施例中的广角镜头100的各非球面的面型系数如表2所示。

表2

请参阅图2，所示为本实施例当中广角镜头100的F-Theta畸变曲线图，从图中可以看出，镜头的F-Theta畸变较小且在+8%以内，说明广角镜头100的畸变得到良好矫正。

请参阅图3，所示为本发明第一实施例提供的广角镜头100的场曲曲线图，从图上可以看出，场曲的偏移量控制在±0.04毫米以内，说明该广角镜头100能够有效地矫正场曲。

请参阅图4，所示为本发明第一实施例提供的广角镜头100的MTF曲线图，从图上可以看出，0.8视场以内在125周期/mm时MTF值能达到0.5以上，说明该广角镜头具有较好的像质。

第二实施例

请参阅图5，所示为本实施例提供的一种广角镜头200的结构示意图，本实施例中的广角镜头200与第一实施例当中的广角镜头100各个透镜的面型凹凸大抵相同，不同之处在于：各透镜的曲率半径、厚度以及各个镜片间的空气间隔存在差异。具体本实施例当中的广角镜头200的各个镜片的相关参数如表3所示。

表3

本实施例中的广角镜头200的各非球面的面型系数如表4所示。

表4

请参阅图6，所示为本实施例当中广角镜头200的F-Theta畸变曲线图，从图中可以看出，镜头的F-Theta畸变较小且在+8.0%以内，说明广角镜头200的畸变得到良好矫正。

请参阅图7，所示为本发明第二实施例提供的广角镜头200的场曲曲线图，从图上可以看出，场曲的偏移量控制在±0.04毫米以内，说明该广角镜头200能够有效地矫正场曲。

请参阅图8，所示为本发明第二实施例提供的广角镜头200的MTF曲线图，从图上可以看出，0.77视场以内在125周期/mm时MTF值能达到0.5以上，说明该广角镜头具有较好的像质。

第三实施例

请参阅图9，所示为本实施例提供的一种广角镜头300的结构示意图，本实施例中的广角镜头300与第一实施例当中的广角镜头100各个透镜的面型凹凸大抵相同，不同之处在于：本实施例中，第三透镜的物侧面S5为凹面、第三透镜的像侧面S6为凸面，第七透镜的像侧面S13为凸面，且各透镜的曲率半径、厚度以及各个镜片间的空气间隔存在差异。具体本实施例当中的广角镜头300的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

请参阅图10，所示为本实施例当中广角镜头300的F-Theta畸变曲线图，从图中可以看出，镜头的F-Theta畸变较小且在±7%以内，说明广角镜头300的畸变得到良好矫正。

请参阅图11，所示为本发明第三实施例提供的广角镜头300的场曲曲线图，从图上可以看出，场曲的偏移量控制在±0.03毫米以内，说明该广角镜头300能够有效地矫正场曲。

请参阅图12，所示为本发明第三实施例提供的广角镜头300的MTF曲线图，从图上可以看出，0.9视场以内在125周期/mm时MTF值能达到0.5以上，说明该广角镜头具有较好的像质。

请参阅表7，所示为上述三个实施例提供的广角镜头对应的光学特性，包括广角镜头的光学总长TTL、光圈数F#、广角镜头的焦距f、第一透镜的焦距f1、第二透镜的焦距f2、第三透镜的焦距f3、第四透镜的焦距f4、第五透镜的焦距f5、第六透镜的焦距f6、第七透镜的焦距f7，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7

综上，本发明提供的广角镜头采用非球面与球面搭配结构，尤其是在指定位序采用三片玻璃球面镜片及四片玻璃非球面镜片，实现了镜头的大广角效果，同时使镜头具有较大的成像面；同时，由于各镜片间设置紧凑，有效减小了镜头的长度，且镜头的头部较小，可使镜头具有较小的体积；而且由于镜头的光阑及各透镜结构设置合理，能够使更大范围的光量进入机身，满足明暗环境的成像需求。

第四实施例

请参阅图13，所示为本发明第五实施例提供的成像设备400，该成像设备400可以包括成像元件410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410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400可以是无人机、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400包括广角镜头100，由于广角镜头100具有大广角、大像面的优点，具有广角镜头100的成像设备400也具有大广角、大像面的优点。

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，共七片透镜，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；

光阑；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的像侧面为凸面；

具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面和像侧面均为凹面，且所述第六透镜与所述第五透镜组成胶合透镜组；

具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面为凸面；

其中，所述广角镜头满足以下条件式：

140°<FOV<170°；

7.5mm<IH<8.5mm；

0.3<DI/TTL≤0.59；

其中，FOV表示所述广角镜头的最大视场角，IH表示所述广角镜头的最大视场角所对应的像高，DI表示所述第一透镜的通光口径，TTL表示所述广角镜头的光学总长。

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：

1.8<TTL/IH<2.5；

其中，TTL表示所述广角镜头的光学总长，IH表示所述广角镜头的最大视场角所对应的像高。

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：

1.2<ET2/CT2<2.2；

其中，ET2表示所述第二透镜的边缘厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度。

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：

-0.8<（SAG72-SAG71）/CT7<-0.3；

其中，SAG71表示所述第七透镜的物侧面的矢高，SAG72表示所述第七透镜的像侧面的矢高，CT7表示所述第七透镜的中心厚度。

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：

1.5mm<IH/ tanθ<2.5mm；

其中，IH表示所述广角镜头的最大视场角所对应的像高，θ表示所述广角镜头的半视场角。

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：

0.5<（ET4+ET5+ET6+ET7)/(CT4+CT5+CT6+CT7)<1.5；

其中，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度，ET5表示所述第五透镜的边缘厚度，ET6表示所述第六透镜的边缘厚度，ET7表示所述第七透镜的边缘厚度，CT4表示所述第四透镜的中心厚度，CT5表示所述第五透镜的中心厚度，CT6表示所述第六透镜的中心厚度，CT7表示所述第七透镜的中心厚度。

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：

10<Vd3-Vd2<40；

其中，Vd3表示所述第三透镜的阿贝数，Vd2表示所述第二透镜的阿贝数。

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：

0.1<f1/f2<0.9；

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。

9.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面。

10.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第三透镜的物侧面为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面。

11.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-10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。