CN114647067B - 广角镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种广角镜头，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，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面。该广角镜头具有成像靶面大、成像品质高、畸变小、重量轻、体积小的优点。

Description

广角镜头

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。

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，还要求较广的视角，以记录更多的信息，这些使得广角高清成像镜头受到更多的关注。

由于广角镜头普遍存在较大的畸变，会使边缘成像效果较差，且由于广角镜头的有效焦距较短，周边光线进入会有较大的压缩变形。当然广角镜头有其独特的视角和包围感，但对于平变化的背景却显得严重失真。想克服广角镜头的畸变是一个难题，在矫正畸变的同时，会带来更多的像差，所以往往需要加入更多片镜片以校正像差。

芯片的发展也走向两个不同的方向，一个是大靶面芯片，其有良好的通光量，非常适合品质较高的图像处理需求。在相同光线条件下，其得到的光信息更多，像质表现更好，后期处理信息量更大。但同时带来的弊端是产品体积和重量偏大。二是芯片的小型化，优势在于整体模组的体积重量减小很多，使得成品便携性能提高。如何使广角镜头能够匹配两者的优点，既具有大靶面效果、成像品质高、畸变小的优点，又能够尽量减小模组重量、提高便携性能，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，具有成像靶面大、成像品质高、畸变小、重量轻、体积小的优点。

本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

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为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第六透镜，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为凸面；具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面为凸面，所述第七透镜的像侧面为凹面；其中，所述广角镜头中包含至少一个非球面透镜。

相较现有技术，本发明提供的广角镜头，采用7片具有特定光焦度的镜片，并且采用特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，在满足镜头高像质的同时还有效减小了镜头的重量和体积；镜头的成像面较大，能够匹配1英寸以上大靶面CMOS芯片的内接圆成像需求；镜头的畸变较小，可以减小相机软件对图像拉伸处理后像质变差的影响，也可快速匹配其他芯片和模组。本发明提供的广角镜头满足了市场对大靶面芯片和高清晰成像的相机的使用需求。

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垂轴色差曲线图；

图3为本发明第一实施例的广角镜头的MTF图；

图4为本发明第一实施例的广角镜头的f-tanθ畸变曲线图；

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垂轴色差曲线图；

图7为本发明第二实施例的广角镜头的MTF图；

图8为本发明第二实施例的广角镜头的f-tanθ畸变曲线图；

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垂轴色差曲线图；

图11为本发明第三实施例的广角镜头的MTF图；

图12为本发明第三实施例的广角镜头的f-tanθ畸变曲线图。

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，第七透镜及滤光片。

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凹面；

光阑；

第三透镜具有正光焦度，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，第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

第六透镜具有正光焦度，第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第六透镜的像侧面为凸面；

第七透镜具有负光焦度，第七透镜的物侧面为凸面，第七透镜的像侧面为凹面；

其中，所述广角镜头中包含至少一个非球面透镜。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

5.5mm<f/tanθ<7.5mm；

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，θ表示所述广角镜头的最大半视场角。满足上述条件式，可使镜头具有较大视场角且边缘畸变矫正良好，同时具有较大的成像面，能够匹配大靶面芯片的成像需求。

为限制系统的总长，并确保系统具有足够好的成像品质，所述广角镜头满足以下条件式：

1.3<TTL/IH<1.8；

其中，TTL表示所述广角镜头的光学总长，IH表示所述广角镜头在全视场对应的像高。当TTL/IH的值超过上限时，整体镜头的总长偏长，难以满足小型化的需求；或者说总长足够小的情况下靶面过小，难以匹配更大的芯片；当TTL/IH的值超过下限时，会导致各透镜的光焦度过大，镜头像差矫正困难，解像能力显著下降。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

3.8<f3/f<4.5；

2.8<(R31+R32)/(R31-R32)<3.3；

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，f3表示第三透镜的有效焦距，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。满足上述条件式，通过合理设置第三透镜的光焦度及面型，能够有效缓和光线的转折程度，有利于减小像差的矫正难度，提高整体成像品质。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

1.5<f4/f<2.0；

-2.5<R41/R42<-1.5；

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，f4表示第四透镜的有效焦距，R41表示第四透镜的物侧面的曲率半径，R42表示第四透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式，能够更好校正轴外像差，使镜头具有更好的成像质量。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

-2<f5/f<-1；

5<R51/R52<7；

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，f5表示第五透镜的有效焦距，R51表示第五透镜的物侧面的曲率半径，R52表示第五透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式，通过合理设置第五负透镜的光焦度及面型，使得进入后续系统中的光线角度较为平缓，降低公差敏感度。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.6<f6/f<0.8；

-15<R61/R62<-9；

其中，R61表示第六透镜的物侧面的曲率半径，R62表示第六透镜的像侧面的曲率半径，f6表示第六透镜的有效焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距。满足上述条件式，可合理设置第六透镜的面型及光焦度，有利于缩短镜头的总长，提升镜头的成像品质。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.2<CT6/TTL<0.3；

其中，CT6表示第六透镜的中心厚度，TTL表示所述广角镜头的光学总长。满足上述条件式，可使第六透镜承担较多的正屈折力，更好均衡系统的像差，提高镜头的解析力。

为保证镜头在高低温环境中均具有稳定清晰的成像能力，降低由温度变化带来的后焦变化量，所述广角镜头满足以下条件式：

-0.6<f1/f3<-0.5；

2<f3/f4<2.8；

其中，f1表示第一透镜的有效焦距，f3表示第三透镜的有效焦距，f4表示第四透镜的有效焦距。满足上述条件式，通过合理分配各透镜的有效焦距，有利于校正光学系统的像差和畸变，使镜头具有较小的畸变，可以减小相机软件对图像拉伸处理后像质变差的影响；同时有利于减小镜头的光学总长，实现镜头的高品质成像和小型化的均衡。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

1.5<SD21/SD31<2.5；

其中，SD21表示第二透镜的物侧面的有效口径，SD31表示第三透镜的物侧面的有效口径。满足上述条件式，通过对光阑前后透镜的口径进行设置，起到良好的收光作用，使镜头具有足够视场角的同时保证最大程度的通光量。

为了匹配市场上常规的高像素芯片，所述广角镜头满足以下条件式：

12°<CRA<22°；

其中，CRA表示在最大视场角时所述广角镜头的主光线入射到成像面的入射角度。CRA控制在上述范围内，可以更好地匹配市场上常规的大CRA芯片成像需求。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.15<SAG71/SD71<0.3；

其中，SAG71表示第七透镜的物侧面的矢高（矢高指镜片表面在有效口径处垂直于光轴上的点与镜片表面中心顶点之间的距离），SD71表示第七透镜的物侧面的有效口径。满足上述条件式，可减小周边视场在第七透镜的物侧面上的入射角，避免引入过多的高阶像差，降低像差的矫正难度。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.4<SD32/SD62<0.5；

其中，SD32表示第三透镜的像侧面的有效口径，SD62表示第六透镜的像侧面的有效口径。当SD32的值过大时，不利于球差和场曲的校正，过小则不利于加工和组装；当SD62的值过大时，不利于系统像差的校正，SD62过小则使系统体积过大。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

3< (SAG11+SAG12)/CT1 <4；

其中，SAG11表示第一透镜的物侧面的矢高，SAG12表示第一透镜的像侧面的矢高，CT1表示第一透镜的中心厚度。满足上述条件式，能合理控制第一透镜的面型形状，在保证镜片对光线的曲折力的前提下，降低镜片的加工难度；(SAG11+SAG12)/CT1的值超过下限时，第一透镜对光线的曲折能力不足，会导致镜头总长较长；(SAG11+SAG12)/CT1的值超过上限时，第一透镜的物侧面形状外凸明显，导致镜片加工成型困难。

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：

20<|Vd2-Vd1|<50；

其中，Vd1表示第一透镜的阿贝数，Vd2表示第二透镜的阿贝数。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|Vd2-Vd1|的值超过下限时，会使光学系统的色差矫正不足；当|Vd2-Vd1|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。

作为一种实施方式，所述广角镜头中的七个透镜可以采用全塑胶镜片，也可以采用玻塑混合搭配，均能取得良好的成像效果；在本发明中，为了更好减小镜头的体积及重量，采用七片塑胶镜片组合，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得镜头结构更为紧凑并具有超高的像素，能够匹配1英寸以上大靶面传感器芯片实现超高清成像。其中，第一透镜至第七透镜是塑胶非球面镜片，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，当透镜采用非球面透镜时，非球面镜头的表面形状均满足下列方程：

其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c为半径所对应的曲率，h为径向坐标（其单位和透镜长度单位相同），K为圆锥二次曲线系数。当K小于-1时面形曲线为双曲线，等于-1时为抛物线，介于-1到0之间时为椭圆，等于0时为圆形，大于0时为扁圆形。B、C、D、E、F、G分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶径向坐标所对应的系数。通过以上参数可以精确设定透镜前后两面非球面的面型尺寸。非球面形状满足偶次非球面方程，利用不同的非球面系数，使非球面在系统中的作用发挥到最大，得到更加完善的解像力。

第一实施例

本发明第一实施例提供的广角镜头100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S17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，第七透镜L7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在近光轴处为凹面，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为凹面；

第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5为凹面，第三透镜的像侧面S6为凸面；

第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7和像侧面S8均为凸面；

第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面S9在近光轴处为凸面，第五透镜的像侧面S10在近光轴处为凹面；

第六透镜L6具有正光焦度，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为凸面；

第七透镜L7具有负光焦度，第七透镜的物侧面S13为凸面，第七透镜的像侧面S14为凹面；

滤光片G1的物侧面为S15、像侧面为S16。

请参阅表1，所示为本实施例当中的广角镜头100的各个镜片的相关参数。

表1

请参阅表2，所示为本实施例当中的所述广角镜头100的非球面的相关参数。

表2

请参阅图2、图3和图4，所示分别为本发明第一实施例提供的广角镜头100垂轴色差曲线图、MTF图、f-tanθ畸变曲线图。由图2中可以看出，最长波长和最短波长的垂轴色差控制在±7.5微米以内，说明广角镜头100的垂轴色差被良好矫正。由图3中可以看出，MTF值在0.55以上，说明广角镜头100解像力表现优秀，具有良好的成像质量。由图4中可以看出，f-tanθ畸变控制在2%以内，说明广角镜头100的畸变被良好矫正。

第二实施例

请参阅图5，为第二实施例提供的广角镜头200的结构示意图。本实施例当中的广角镜头200与第一实施例当中的广角镜头100大抵相同，不同之处在于，广角镜头200的各个镜片的相关参数与第一实施例当中的广角镜头100的各个镜片的相关参数存在差异。

请参阅表3，所示为本实施例当中的广角镜头200的各个镜片的相关参数。

表3

请参阅表4，所示为本实施例当中的广角镜头200的非球面的相关参数。

表4

请参阅图6、图7和图8，所示分别为本发明第二实施例提供的广角镜头200垂轴色差曲线图、MTF图、f-tanθ畸变曲线图。由图6中可以看出，最长波长和最短波长的垂轴色差控制在±4微米以内，说明广角镜头200的垂轴色差被良好矫正。由图7中可以看出，MTF值在0.55以上，说明广角镜头200解像力表现优秀，具有良好的成像质量。由图8中可以看出，f-tanθ畸变控制在4%以内，说明广角镜头200的畸变被良好矫正。

第三实施例

请参阅图9，为第三实施例提供的广角镜头300的结构示意图。本实施例当中的广角镜头300与第一实施例当中的广角镜头100大抵相同，不同之处在于，广角镜头300中各个镜片的相关参数与第一实施例当中的广角镜头100的各个镜片的相关参数存在差异。

请参阅表5，所示为本实施例当中的广角镜头300的各个镜片的相关参数。

表5

请参阅表6，所示为本实施例当中的广角镜头300的非球面的相关参数。

表6

请参阅图10、图11和图12，所示分别为本发明第三实施例提供的广角镜头300垂轴色差曲线图、MTF图、f-tanθ畸变曲线图。由图10中可以看出，最长波长和最短波长的垂轴色差控制在±4微米以内，说明广角镜头300的垂轴色差被良好矫正。由图11中可以看出，MTF值在0.55以上，说明广角镜头300解像力表现优秀，具有良好的成像质量。由图12中可以看出，f-tanθ畸变控制在±3%以内，说明广角镜头300的畸变被良好矫正。

请参阅表7，为上述各个实施例当中各实施例提供的镜头对应的光学特性，包括镜头的最大视场角2θ、全视场对应的像高IH、有效焦距f、光圈数F#和光学总长TTL，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

与现有技术相比，本发明提供的镜头至少具有以下优点：

（1）本发明的广角镜头采用7片具有特定光焦度的镜片，并且采用特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，在满足镜头高像质的同时还有效减小了镜头的重量和体积。

（2）本发明中的广角镜头光焦度搭配合理，镜头的成像面较大，能够匹配1英寸以上大靶面CMOS芯片的内接圆成像需求。

（3）本发明中的广角镜头的畸变较小，可以减小相机软件对图像拉伸处理后像质变差的影响，也可快速匹配其他芯片和模组。

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，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

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为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

具有正光焦度的第六透镜，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为凸面；

具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面为凸面，所述第七透镜的像侧面为凹面；

其中，所述广角镜头中包含至少一个非球面透镜；

所述广角镜头满足以下条件式：

1.5<SD21/SD31<2.5；

其中，SD21表示所述第二透镜的物侧面的有效口径，SD31表示所述第三透镜的物侧面的有效口径。

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：

5.5mm<f/tanθ<7.5mm；

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，θ表示所述广角镜头的最大半视场角。

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：

1.3<TTL/IH<1.8；

其中，TTL表示所述广角镜头的光学总长，IH表示所述广角镜头在全视场对应的像高。

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：

3.8<f3/f<4.5；

2.8<(R31+R32)/(R31-R32)<3.3；

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，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：

1.5<f4/f<2.0；

-2.5<R41/R42<-1.5；

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，f4表示所述第四透镜的有效焦距，R41表示所述第四透镜的物侧面的曲率半径，R42表示所述第四透镜的像侧面的曲率半径。

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：

-2<f5/f<-1；

5<R51/R52<7；

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，f5表示所述第五透镜的有效焦距，R51表示所述第五透镜的物侧面的曲率半径，R52表示所述第五透镜的像侧面的曲率半径。

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：

0.6<f6/f<0.8；

-15<R61/R62<-9；

其中，f表示所述广角镜头的有效焦距，f6表示所述第六透镜的有效焦距，R61表示所述第六透镜的物侧面的曲率半径，R62表示所述第六透镜的像侧面的曲率半径。

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：

0.2<CT6/TTL<0.3；

其中，CT6表示所述第六透镜的中心厚度，TTL表示所述广角镜头的光学总长。

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：

-0.6<f1/f3<-0.5；

2<f3/f4<2.8；

其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f4表示所述第四透镜的有效焦距。

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