CN207557563U - 一种由全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种由全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，包括：从物面到像面依次是第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，且所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的折射力分别为负、正、正、负、正；所述第一透镜的凸面朝向物面，凹面朝向像面；所述第二透镜为双凸透镜；所述第三透镜为双凸透镜；所述第四透镜为双凹透镜；所述第五透镜为双凸透镜；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均为塑料材质。通过全数利用塑胶非球面透镜以减少镜片数量，在降低成本的同时也兼顾了大视角、大光圈、大景深范围、低畸变、高画质、短长度等要求。

Description

一种由全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种由全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统。

背景技术

近年来，随着芯片处理数字图像的速度大幅提升及体积功耗缩小下，机器视觉的应用也从传统大型工业设备转向民生消费类，此时则需要体积相对短小、重量轻、成本低的光学摄像头。传统机器视觉采用工业相机加上工业相机镜头，工业相机镜头虽然成像质量好，但其大量采用玻璃球面镜片造成体积大、单价高，无法适用于便携装置内；而手机镜头虽小，但也因此受高度限制下，其镜头的主光线角(Chief Ray Angle)常大于25°造成横向像差大，周边成像的景深(镜头焦深)很浅，需搭配自动对焦马达进行补偿，在需要实时处理低延迟的场合则不适合。于是如何设计大视角、大光圈、大景深范围、低畸变、低成本同时兼备高画质的镜头，使图像处理负载降低能实时反应成为紧要的光学设计工作。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术中如何设计大视角、大光圈、大景深范围、低畸变、低成本同时兼备高画质的镜头问题，提供一种全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统。

为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下所述：

一种由全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，包括：从物面到像面依次是第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，且所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的折射力分别为负、正、正、负、正；所述第一透镜的凸面朝向物面，凹面朝向像面；所述第二透镜为双凸透镜；所述第三透镜为双凸透镜；所述第四透镜为双凹透镜；所述第五透镜为双凸透镜；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均为塑料材质；还包括孔径光阑，所述孔径光阑置于所述第二透镜和所述第三透镜之间；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜都由非球面构成；所述广角摄像透镜系统的最大视场角为82.5°，最大像高2.57mm，有效焦距为2.9mm，光圈为2.2，光学总长为13mm。

所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜满足如下条件：

-0.78<f1/f12<-0.69；

1.84<f12/f<1.91；

7.1<f34/f<-6.9；

1.68<f5/f<1.76；

0.25<T4/T34<0.35

1.63<N4<1.67

20<V4<30

其中，f为全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统的有效焦距；f1为所述第一透镜的有效焦距；f12为所述第一透镜和所述第二透镜的合成焦距；f34为所述第三透镜和所述第四透镜的合成焦距；f5为第五透镜的有效焦距；T4为第四透镜的中心厚度；T34为光轴上由第三透镜的左侧面至第四透镜右侧面的总厚度； N4为第四透镜的透镜材料在d-线的折射率；V4为第四透镜的透镜材料的阿贝色散系数。

本实用新型还提供一种全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，还包括红外截止滤光片，所述红外截止滤光片设置在所述第五透镜的后面；还包括CMOS传感器，所述CMOS传感器包括CMOS玻璃盖板和CMOS感光面，所述CMOS 玻璃盖板设置在所述红外截止滤光片后面，所述CMOS感光面设置在所述CMOS 玻璃盖板后面。

本发明还提供一种电子设备，包括一个或多个处理器；一个或多个相机以及存储器；所述一个或多个相机中的至少一个相机包括：光电传感器和如前所述的全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统。

本实用新型的有益效果为：提供了一种包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的塑胶非球面透镜的广角摄像透镜系统的光学设计，适配于 1/3.6～1/4英寸、最大像高主光线角于9°-15°的CMOS传感器。设计中通过全数利用塑胶非球面透镜以减少镜片数量，在降低成本的同时也兼顾了大视角、大光圈、大景深范围、低畸变、高画质、短长度等要求；与现有技术相比，采用抗高温全塑料材料的非球面镜片，相对普通镜头(20℃～40℃)具有更好的抗温度性能,温漂适应范围较广(10℃～50℃)。

附图说明

图1是本实用新型实施例中全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统的布局示意图。

图2是本实用新型一种实施例中全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统的调制传递函数示意图。

图3是本实用新型一种实施例中全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统的畸变示意图。

图4是本实用新型一种实施例中全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统的场曲示意图。

图5是本实用新型一种实施例中全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统的各视场相对照度示意图。

图6是本实用新型一种实施例中全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统的各个像方视场和传感器的主光线角曲线示意图。

图7是本实用新型一种实施例中全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统的各温度状态下补偿前后温度漂移曲线示意图。

其中，L1-第一透镜，L2-第二透镜，L3-第三透镜，L4-第四透镜，L5-第五透镜，1-孔径光阑，2-红外截止滤光片，3-CMOS玻璃盖板，4-像面，5-CMOS 传感器，S1-朝向物面，S2-朝向像面，S3、S4-第二透镜的面，S6、S7-第三透镜的面，S8、S9-第四透镜的面，S10、S11-第五透镜的面，S12、S13-红外滤光片的面，S14、S15-CMOS玻璃盖板的面。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本实用新型进行详细的介绍，以使更好的理解本实用新型，但下述实施例并不限制本实用新型范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构思，附图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1所示，最左侧为物面，位于无穷远处；最右侧为像面4，为CMOS 传感器的感光面。全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，包括：从物面到像面依次是第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5，且第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5的折射力分别为负、正、正、负、正；第一透镜L1的凸面朝向物面，凹面朝向像面4；第二透镜L2为双凸透镜；第三透镜L3为双凸透镜；第四透镜L4为双凹透镜；第五透镜L5为双凸透镜；第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜 L4和第五透镜L5均为塑料材质。

在本实用新型的变通实施例中，全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统还包括在第二透镜L2和第三透镜L3之间的孔径光阑1，其位置及通光孔的大小对光学系统所成像的明亮程度、清晰度和某些像差的大小有直接关系。孔径光阑的通光孔越小，球差越小，像越清晰，景深越大；但像的明亮程度越弱；通光孔越大，像的明亮程度越强；但球差越大，像的清晰程度越差，景深越小。本实用新型孔径光阑的具体设置根据实际需求设定。

为了达到良好的像差矫正以及像面照度，保证结构紧凑的同时获得良好的画质，镜头要满足如下条件：

-0.78<f1/f12<-0.69-----------(1)

1.84<f12/f<1.91------------(2)

-7.1<f34/f<-6.9-------------(3)

1.68<f5/f<1.76--------------(4)

0.25<T4/T34<0.35--------------(5)

1.63<N4<1.67--------------(6)

20<V4<30--------------(7)

其中，f为全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统的有效焦距；f1为第一透镜的有效焦距；f12为第一透镜和第二透镜的合成焦距；f34为第三透镜和第四透镜的合成焦距；f5为第五透镜的有效焦距；T4为第四透镜的中心厚度；T34为光轴上由第三透镜的左侧面至第四透镜右侧面的总厚度；N4为第四透镜的透镜材料在d-线的折射率；V4为第四透镜的透镜材料的阿贝色散系数。

在本实用新型的变通实施例中，第一透镜L1至第五透镜L5皆采用塑胶非球面透镜，所有透镜的两面皆为非球面，第五透镜L5之后的是红外截止滤光片(IR) 2，其后为CMOS传感器上的玻璃盖板(CG:Cover Glass)3，然后是像面4，为CMOS传感器的感光面。CMOS传感器包括玻璃盖板3和CMOS传感器的感光面。

本实用新型中，所有透镜的表面都由非球面构成，设光轴方向为Z，表面曲率半径为R，表面与光轴正交的高度为Y，圆锥系数为K，非球面系数为A4， A6，A8，A10，A12，A14，A16时，非球面通过下面的数学式表示：

下面给出一个具体设计实例，该系统的最大视场角FOV为82.5°，有效焦距：EFL＝2.9mm，光圈：FNO＝2.2，光学总长为：TTL＝13mm，最大半像高为 2.57毫米，适用于470～650nm可见光波段。本实施例全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统具体的表面系数，如下表1和表2所示，其中，表1为整个透镜系统的基本光学参数，表2为透镜系统的非球面的高阶非球面系数。

表1透镜系统的基本光学参数

表2透镜系统的非球面的高阶非球面系数

本实施例的透镜系统的调制传递函数-ModuleTransmit Function，如图2所示；本实施例中的透镜系统的畸变--Field Curve，如图3所示；场曲-Field Curvature 如图4所示，各视场相对照度—Relative Illumination，如图5所示；本实施例的透镜系统各个像方视场和传感器Sensor的主光线角曲线---Chief Ray Angle曲线，如图6所示；透镜系统各温度状态下补偿前后温度漂移曲线---Thermal shift曲线，如图7所示。

由图2-图7的结果所示，本实用新型提供的包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的塑胶非球面透镜的广角摄像透镜系统的光学设计，在降低成本的同时也兼顾了大视角、大光圈、大景深范围、低畸变、高画质、短长度等要求；与现有技术相比，采用抗高温全塑料材料的非球面镜片，相对普通镜头(20℃～40℃)具有更好的抗温度性能,温漂适应范围较广(10℃～50℃)。

应用本实用新型的塑胶非球面透镜的广角摄像透镜系统的光学设计的电子设备或光学系统也应该视为本实用新型的保护范围。

在本实用新型的一种实施例中，一种电子设备，包括一个或多个处理器；一个或多个相机以及存储器；一个或多个相机中的至少一个相机包括：光电传感器和本实用新型提供的全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统。此处只是列举，不应视为对本实用新型的限制。实际上，根据具体应用场景和应用需求可以将本实用新型提供的透镜系统应用到其他光学元件或电子设备中。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种由全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，其特征在于，包括：从物面到像面依次是第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，且所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的折射力分别为负、正、正、负、正；所述第一透镜的凸面朝向物面，凹面朝向像面；所述第二透镜为双凸透镜；所述第三透镜为双凸透镜；所述第四透镜为双凹透镜；所述第五透镜为双凸透镜；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均为塑料材质。

2.如权利要求1所述的全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，其特征在于，还包括孔径光阑，所述孔径光阑置于所述第二透镜和所述第三透镜之间。

3.如权利要求1所述的全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜满足如下条件：

-0.78<f1/f12<-0.69；

1.84<f12/f<1.91；

7.1<f34/f<-6.9；

1.68<f5/f<1.76；

其中，f为全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统的有效焦距；f1为所述第一透镜的有效焦距；f12为所述第一透镜和所述第二透镜的合成焦距；f34为所述第三透镜和所述第四透镜的合成焦距；f5为所述第五透镜的有效焦距。

4.如权利要求1所述的全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，其特征在于，所述第三透镜和第四透镜的满足：0.25<T4/T34<0.35；

其中，T4为所述第四透镜的中心厚度；T34为光轴上由所述第三透镜的左侧面至所述第四透镜右侧面的总厚度。

5.如权利要求1所述的全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，其特征在于，所述第四透镜的透镜材料在d-线的折射率的范围为：1.63-1.67；所述第四透镜的透镜材料的阿贝色散系数的范围为：20-30。

6.如权利要求1所述的全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜都由非球面构成。

7.如权利要求1所述的全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，其特征在于，所述广角摄像透镜系统的最大视场角为82.5°，最大像高2.57mm，有效焦距为2.9mm，光圈为2.2，光学总长为13mm。

8.如权利要求1所述的全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，其特征在于，还包括红外截止滤光片，所述红外截止滤光片设置在所述第五透镜的后面。

9.如权利要求8所述的全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统，其特征在于，还包括CMOS传感器，所述CMOS传感器包括CMOS玻璃盖板和CMOS感光面，所述CMOS玻璃盖板设置在所述红外截止滤光片后面，所述CMOS感光面设置在所述CMOS玻璃盖板后面。

10.一种电子设备，包括一个或多个处理器；一个或多个相机以及存储器；

所述一个或多个相机中的至少一个相机包括：光电传感器和如权利要求1-9任一所述的全塑料镜片构成的广角摄像透镜系统。