CN206725834U - 一种广角摄像头 - Google Patents

Abstract

本申请公开了广角摄像头，包括具有负光焦度的第一透镜，物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，物侧面为凸面、像侧面为凹面；由负弯月透镜与正弯月透镜胶合成的第三透镜，物侧面为凹面，像侧面为凸面；由具有正光焦度的双凹透镜和具有正光焦度的双凸透镜胶合成的第四透镜，物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第五透镜，物侧面为凸面、像侧面为凹面；光阑元件；具有正光焦度的第六透镜，物侧面和像侧面为凸面；由具有负光焦度的双凹透镜和具有正光焦度的双凸透镜胶合而成的第七透镜，物侧面为凹面，像侧面为凸面；具有正光焦度的第八透镜，物侧面和像侧面为非球面；平板玻璃。该广角摄像头实现了小像差大视场角的设计。

Description

一种广角摄像头

技术领域

本申请涉及光学领域，具体涉及光学成像系统技术领域，尤其涉及一种广角摄像头。

背景技术

摄像头又称为电脑相机、电脑眼、电子眼等，是一种视频输入设备，被广泛应用在视频通讯、实时监控等领域。通常摄像头具有一定的视场角，视场角决定摄像头的视野范围。

大视场角的摄像头(即广角摄像头)可以拍摄较大的场景，能够增加画面的空间感，其应用领域越来越广泛。然而随着视场角的增大，摄像头的畸变也越来越大，图像边缘的压缩增大，使整体的成像质量受到影响。目前的广角摄像头的视场角通常在200°以内，受到成像畸变的限制摄像头的视场角无法进一步增大。

实用新型内容

为了解决上述背景技术部分提到的一个或多个技术问题，本申请实施例提供了一种广角摄像头。

本申请实施例提供的广角摄像头，包括由物侧至像侧依次排列的前镜组、后镜组以及平板玻璃，前镜组和后镜组之间有光阑元件；前镜组包括沿物侧至像侧方向依次排列的：具有负光焦度的第一透镜，第一透镜的物侧面为凸面、第一透镜的像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，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，由一个负弯月透镜与一个正弯月透镜胶合而成，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，由一个具有正光焦度的双凹透镜和一个具有正光焦度的双凸透镜胶合而成，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第五透镜，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凹面；后镜组包括沿物侧至像侧方向依次排列的：具有正光焦度的第六透镜，第六透镜的物侧面和像侧面均为凸面；第七透镜，由一个具有负光焦度的双凹透镜和一个具有正光焦度的双凸透镜胶合而成，第七透镜的物侧面为凹面，第七透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第八透镜，第八透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

本申请实施例提供的广角摄像头，利用了第一至第七球面透镜加上第八非球面透镜、以及滤色片和平板玻璃组成的光学系统，实现了大视场角、小畸变的广角摄像头的设计，提升了大视场角的摄像头的成像质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本申请实施例的广角摄像头的一个结构示意图；

图2是本申请实施例的广角摄像头对不同波段光的垂轴色差曲线示意图；

图3是本申请实施例的广角摄像头对不同波段光的轴向色差曲线示意图；

图4是本申请实施例的广角摄像头的色散曲线示意图；

图5是本申请实施例的广角摄像头的畸变曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，其示出了根据本申请实施例的广角摄像头的一个结构示意图。

如图1所示，广角摄像头100包括由物侧至像侧(图1所示箭头方向)依次排列的前镜组110、后镜组120以及平板玻璃130，并且，前镜组110和后镜组120之间设有光阑元件140。其中前镜组110包括沿物侧至像侧方向(图1所示箭头方向)依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5；后镜组包括沿物侧至像侧方向(图1所示箭头方向)依次排列的第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8。

第一透镜1具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。第二透镜2具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。第三透镜3由一个负弯月透镜31与一个正弯月透镜32胶合而成，并且第三透镜3的物侧面为凹面，像侧面为凸面。在这里，负弯月透镜31的物侧面为凹面，像侧面为凸面，且负弯月透镜31的物侧面的曲率半径小于负弯月透镜31的像侧面的曲率半径，正弯月透镜32的物侧面为凹面，像侧面为凸面，且正弯月透镜32的物侧面的曲率半径大于正弯月透镜32的像侧面的曲率半径。可选地，负弯月透镜31的像侧面的曲率半径可以与正弯月透镜32的物侧面的曲率半径相同。第四透镜4由一个具有正光焦度双凹透镜41和一个具有正光焦度的双凸透镜42胶合而成，第四透镜4的物侧面为凹面，像侧面为凸面。可选地，双凹透镜41的像侧面的曲率半径可以与双凸透镜42的物侧面的曲率半径相同。第五透镜5具有正光焦度，且第五透镜5的物侧面为凸面，像侧面为凹面。第六透镜6具有正光焦度，第六透镜6的物侧面和像侧面均为凸面。第七透镜7由一个具有负光焦度的双凹透镜71和一个具有正光焦度的双凸透镜72胶合而成，第七透镜7的物侧面为凹面，第七透镜7的像侧面为凸面。可选地，双凹透镜71的像侧面的曲率半径可以与双凸透镜72的物侧面的曲率半径相同。第八透镜8具有正光焦度，第八透镜8的物侧面和像侧面均为非球面。

在本实施例中，由上述第一至第八透镜以及平板玻璃130和光阑元件140构成的光学系统具有较大的视场角，视场角可以达到220°，并且在该光学系统中，由一个负弯月透镜31和一个正弯月透镜32胶合而成的第三透镜3可以缩小成像物体经第一透镜1和第二透镜2之后产生的各类像差，由一个具有正光焦度和双凹透镜41和一个具有正光焦度的双凸透镜42可以使光束会聚，并进一步缩小像差，第七透镜7可以进一步缩小物侧成像物体经过后镜组120之后所产生的像差，第八透镜8采用非球面设计，可以更好地校正图像，缩小像差。

在一些实施例中，上述平板玻璃130具有滤色片，该滤色片可以由K9材料制成。

在一些实施例中，上述广角摄像头满足：-0.16≤f/f1≤0，3.5≤D/f≤4，其中，f为广角摄像头100的有效焦距，f1为第一透镜1的有效焦距，D为广角摄像头100的成像面上的最大成像圆的直径。

在这里，广角摄像头的有效焦距f第一透镜1的有效焦距f1的比值的绝对值不超过0.16，则可以将广角摄像头的有效焦距设计为较小的值，从而增大广角摄像头的视场角。并且，广角摄像头的成像面上的最大成像圆的直径D与有效焦距f的比值的取值范围在3.5至4之间，可以保证成像面足够大，且有效焦距较小，在扩大视场角的同时能够配合大尺寸的探测器实现图像采集。

在进一步的实施例中，上述广角摄像头的有效焦距f可以为1.24mm，上述第一透镜的有效焦距f1可以为-8.93mm，上述广角摄像头的成像面的最大成像圆的直径D为4.6mm，这样，对于1/3英寸的电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)上述广角摄像头的视场角可以达到157°，并且该广角摄像头可以应用在具有较大CCD尺寸(例如1/2英寸CCD或1/3英寸CCD)的光学成像器件中。

在一些实施例中，上述前镜组110的组合焦距f_f、上述后镜组120的组合焦距f_b和广角摄像头100的有效焦距f满足：2.1≤f_f/f≤2.3，4≤f_b/f≤4.2。通过合理地分配前镜组110和后镜组120的焦距，可以有效地修正广角镜头的像差和色差，提升成像质量。

在一些实施例中，上述广角摄像头的后工作距离d满足：2.3≤d/f≤2.5，其中f为广角摄像头的有效焦距。在这里，后工作距离为第八透镜元件的像侧面到成像面的最小距离。可选地，d＝3mm。这样，可以有效保证广角摄像头的后焦距长度，有利于提升实际应用中对焦的易操作性。

在一些实施例中，上述第三透镜3的色散系数(阿贝数)大于80，且上述第四透镜对587.56nm波长(黄色氦光)的光的折射率Nd小于1.5。该第三透镜3利用胶合的负弯月透镜31和正弯月透镜32，使得其色散系数大于单片透镜的色散系数，从而可以减小色散，提升成像质量。

在一些实施例中，上述第二透镜2的像侧面的有效半径DT22、上述第三透镜3的物侧面的有效半径DT31、上述第四透镜4的像侧面的有效半径DT42满足：1≤DT22/DT31≤1.1，0.8≤DT31/DT42≤0.9；并且，广角摄像头的光学总长TTL(即第一透镜1的物侧面至成像面沿光轴的距离)、广角摄像头的成像面上的最大成像圆的直径D以及第八透镜8的像侧面的出光面的有效直径L满足：D/TTL≥0.16，D/L≥1.56。满足上述条件的广角摄像头，第二透镜的像侧面的有效半径、第三透镜的物侧面的有效半径以及第四透镜的像侧面的有效半径依次减小，并且三者之间的差异较小，能够较好地调整不同视场角的光线入射角度，避免某一视场角入射光线发生全反射。并且，广角摄像头的成像面上的最大成像圆的直径D与光学总长的比值不小于0.16，可以保证广角摄像头具有较大的成像面和较小的光学总长，有利于广角摄像头的小型化设计。

在一些实施例中，上述第四透镜4和上述第五透镜5在上述广角摄像头的光轴上的间隔距离T45、上述第六透镜6和上述第七透镜7在上述广角摄像头的光轴上的间隔距离T67满足：0.002≤T45/TTL≤0.003，0.01≤T67/TTL≤0.02；上述第一至第八透镜沿上述光轴上的厚度总和ΣCT满足：0.8≤ΣCT/TTL≤0.9；上述第一透镜1在上述光轴上的厚度CT1、上述第二透镜2在上述光轴上的厚度CT2、上述第六透镜6在上述光轴上的厚度CT6满足：3.5≤CT1/CT6≤3.6，0.4≤CT2/CT6≤0.5；其中，TTL为上述广角摄像头的光学总长。

在这里，第四透镜4和第五透镜5的间隔以及第六透镜6和第七透镜7的间隔较小，且第一至第八透镜沿上述光轴上的厚度总和ΣCT与光学总长的比值较大，能够减少光线在传输过程中的损失，并且缩小广角镜头的体积。同时，第一透镜1、第二透镜2与第六透镜6的厚度关系可保证广角摄像头具有较小的像差，并且各透镜厚度均匀，降低广角摄像头的敏感性，有利于加工。

在一些实施例中，上述第一透镜1的物侧面的曲率半径R1和上述第二透镜2的物侧面的曲率半径R3满足：0.6≤R1/R3≤0.7。这样可以使广角摄像头具有较大的视场角，增大入光量，提升成像的清晰度。

以上述广角摄像头的光学总长TTL＝28.9mm、有效焦距f＝1.22mm、，F数(光圈数)为1.8为例对广角摄像头的各类像差进行分析，该广角摄像头的视场角可达到220°，入光量大，从而可以提升像面的照度，进而提升成像质量。

图2示出了该广角摄像头对不同波段光的轴向色差曲线示意图，图3示出了该广角摄像头对不同波段光的垂轴色差曲线示意图，图4示出了该广角摄像头的色散曲线示意图，图5示出了该广角摄像头的畸变曲线示意图。

如图2所示，广角摄像头的垂轴色差(纵坐标)随光瞳直径大小(横坐标)的变化而变化。如图2所示，波长为0.5461μm的黄绿光的垂轴色差和波长为0.587μm的黄色光的垂轴色差的绝对值不超过0.005mm，波长为0.42μm的紫色光的垂轴色差不超过0.025mm。可以看出，本申请实施例的广角摄像头的各波段的光垂轴色差较小，且其中短波长的紫色光的像差也在0-0.025mm范围内，能够有效改善现有的广角摄像头的紫边现象。

如图3所示，广角摄像头的轴向色差(纵坐标)随视场角(横坐标)的变化而变化。波长为0.5461μm的黄绿光的轴向色差和波长为0.587μm的黄色光的轴向色差的绝对值不超过0.5μm，波长为0.42μm的紫色光的轴向色差随视场角的增大而增大，最大值不超过4.5μm。

如图4所示，广角摄像头的弧矢场曲和子午场曲随视场角的变化而变化。像散可以由主波长的子午场曲和弧矢场曲之差得出。可以看出，本申请实施例的广角摄像头的子午场曲不超过0.15mm，弧矢场曲不超过0.01mm，能够获得较好的成像质量。

如图5所示，本申请实施例的广角摄像头的畸变(这里为F-θ畸变)随视场角变化，总体的畸变量小于2％，可以应用于大部分的数码相机和目视光学系统。

从图2至图5可以看出，本申请实施例的广角摄像头不仅可以实现视场角的扩大，同时还可以有效控制各类像差，可以配合大尺寸的探测器使用，成像质量不会因视场角增大而明显劣化。并且，可以进一步将短波长的紫光的像差控制在一定的范围内，改善大视场角的紫边现象。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种广角摄像头，其特征在于，包括由物侧至像侧依次排列的前镜组、后镜组以及平板玻璃，所述前镜组和所述后镜组之间有光阑元件；

所述前镜组包括沿物侧至像侧方向依次排列的：

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；

第三透镜，由一个负弯月透镜与一个正弯月透镜胶合而成，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；

第四透镜，由一个具有正光焦度的双凹透镜和一个具有正光焦度的双凸透镜胶合而成，所述第四透镜的物侧面为凹面，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为凸面，所述第五透镜的像侧面为凹面；

所述后镜组包括沿物侧至像侧方向依次排列的：

具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

第七透镜，由一个具有负光焦度的双凹透镜和一个具有正光焦度的双凸透镜胶合而成，所述第七透镜的物侧面为凹面，所述第七透镜的像侧面为凸面；

具有正光焦度的第八透镜，所述第八透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

2.根据权利要求1所述的广角摄像头，其特征在于，所述广角摄像头满足：

-0.16≤f/f1≤0，3.5≤D/f≤4，

其中，f为所述广角摄像头的有效焦距，f1为所述第一透镜的有效焦距，D为所述广角摄像头的成像面上的最大成像圆的直径。

3.根据权利要求2所述的广角摄像头，其特征在于，f＝1.24mm，f1＝-8.93mm，D＝4.6mm。

4.根据权利要求1所述的广角摄像头，其特征在于，所述前镜组的组合焦距f_b和所述广角摄像头的有效焦距f满足：2.1≤f_f/f≤2.3；

所述后镜组的组合焦距f_f和所述广角摄像头的有效焦距f满足：4≤f_b/f≤4.2。

5.根据权利要求1所述的广角摄像头，其特征在于，所述广角摄像头的后工作距离d满足：2.3≤d/f≤2.5，其中f为所述广角摄像头的有效焦距。

6.根据权利要求1所述的广角摄像头，其特征在于，所述第三透镜的色散系数大于80，所述第四透镜对587.56nm波长的光的折射率小于1.5。

7.根据权利要求1所述的广角摄像头，其特征在于，所述第二透镜的像侧面的有效半径DT22、所述第三透镜的物侧面的有效半径DT31、所述第四透镜的像侧面的有效半径DT42满足：

1≤DT22/DT31≤1.1，0.8≤DT31/DT42≤0.9；

所述广角摄像头的光学总长TTL、所述广角摄像头的成像面上的最大成像圆的直径D以及所述第八透镜的像侧面的出光面的有效直径L满足：

D/TTL≥0.16，D/L≥1.56。

8.根据权利要求1所述的广角摄像头，其特征在于，所述第四透镜和所述第五透镜在所述广角摄像头的光轴上的间隔距离T45、所述第六透镜和所述第七透镜在所述广角摄像头的光轴上的间隔距离T67满足：

0.002≤T45/TTL≤0.003，0.01≤T67/TTL≤0.02；

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、所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜沿所述光轴上的厚度总和ΣCT满足：0.8≤ΣCT/TTL≤0.9；

所述第一透镜在所述光轴上的厚度CT1、所述第二透镜在所述光轴上的厚度CT2、所述第六透镜在所述光轴上的厚度CT6满足：3.5≤CT1/CT6≤3.6，0.4≤CT2/CT6≤0.5；

其中，TTL为所述广角摄像头的光学总长。

9.根据权利要求1所述的广角摄像头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面的曲率半径R1和所述第二透镜的物侧面的曲率半径R3满足：0.6≤R1/R3≤0.7。