CN107065144B - 广角镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种广角镜头，其自物方到像方依次同轴排列有第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜和滤光片；第一透镜为球面镜，第一透镜的光焦度为负；第二透镜为非球面镜，第二透镜的光焦度为负；第三透镜为球面镜，第三透镜的光焦度为正；第四透镜为非球面镜，第四透镜的光焦度为正；第五透镜为球面镜，第五透镜的光焦度为负；滤光片包括相对设置的第一平板面和第二平板面。本发明提出的广角镜头通过适当的优化结构，有效地降低了广角镜头的F数，提高了广角镜头所拍摄全景视频的图像亮度和成像质量；并且，本发明通过采用玻璃和塑料不同材料的组合结构，降低广角镜头自身的重量并优化了广角镜头的单价成本。

Description

广角镜头
技术领域
本发明涉及一种广角镜头。
背景技术
头戴显示器通过光学***将全景视频提供给用户来进行相关的交互和操作，带给人们身临其境的视觉体验，该技术已经广泛地应用于娱乐、医疗、教育等领域。随着虚拟现实技术的快速发展，需要越来越多的高质量的全景视频来做相关的内容充实。因此，用于拍摄全景视频的便携的全景摄像机获得了越来越多的关注。当前，全景摄像机的视角大于180度的广角镜头的F数(镜头的焦距和通光孔径的比值)大多在2.4以上，图像的亮度较低，且多为全玻璃镜头，制造的成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的广角镜头的F数较大而造成图像的亮度较低的缺陷，提供一种广角镜头。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种广角镜头，其特点在于，所述广角镜头自物方到像方依次同轴排列有：
一第一透镜，所述第一透镜为球面镜，所述第一透镜的光焦度为负，所述第一透镜包括第一球面和第二球面；
一第二透镜，所述第二透镜为非球面镜，所述第二透镜的光焦度为负，所述第二透镜包括第一非球面和第二非球面；
一第三透镜，所述第三透镜为球面镜，所述第三透镜的光焦度为正，所述第三透镜包括第三球面和第四球面；
一光阑；
一第四透镜，所述第四透镜为非球面镜，所述第四透镜的光焦度为正，所述第四透镜包括第三非球面和第五球面；
一第五透镜，所述第五透镜为球面镜，所述第五透镜的光焦度为负，所述第五透镜包括第六球面和第四非球面；
一滤光片，所述滤光片包括相对设置的第一平板面和第二平板面；
其中，所述第一球面、所述第二球面、所述第一非球面、所述第二非球面、所述第三球面、所述第四球面、所述光阑、所述第三非球面、所述第五球面、所述第六球面、所述第四非球面、所述第一平板面和所述第二平板面自物方到像方依次同轴排列。
较佳地，所述第一透镜、所述第三透镜的材质均为玻璃；所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的材质均为塑料。
较佳地，所述第二透镜和所述第四透镜的折射率均为1.43～1.63，阿贝数均为50～60。
较佳地，所述第一透镜的折射率为1.62～1.82，阿贝数为45～55；所述第三透镜的折射率为1.74～1.94，阿贝数为18～28；所述第五透镜的折射率为1.53～1.73，阿贝数为18～28。
较佳地，所述滤光片的折射率为1.41～1.61，阿贝数为59～69。
较佳地，所述第一透镜的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为2.31～4.5；
所述第二透镜的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为3.68～5.12；
所述第三透镜的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为5.52～7.38；
所述第四透镜的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为3.35～6.27；
所述第五透镜的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为18.26～21.3。
较佳地，所述第四透镜与所述第五透镜胶合，其中，所述第四透镜的第五球面与所述第五透镜的第六球面胶合，且所述第五球面与所述第六球面曲率半径相同。
较佳地，所述第一球面的曲率半径为28.33mm，厚度为0.97mm；
所述第二球面的曲率半径为3.6mm，厚度为3.28mm；
所述第一非球面的曲率半径为-15.922mm，厚度为0.91mm；
所述第二非球面的曲率半径为4.34mm，厚度为2.49mm；
所述第三球面的曲率半径为-65.69mm，厚度为2.38mm；
所述第四球面的曲率半径为-7.49mm，厚度为5.25mm；
所述光阑的曲率半径为∞，厚度为0.05mm；
所述第三非球面的曲率半径为2.63mm，厚度为1.51mm；
所述第五球面的曲率半径为-2.26mm，厚度为1.96mm；
所述第六球面的曲率半径为-2.26mm，厚度为1.96mm；
所述第四非球面的曲率半径为-8.11mm，厚度为1.88mm；
所述第一平板面的曲率半径为∞，厚度为0.4mm；
所述第二平板面的曲率半径为∞，厚度为1.29mm。
较佳地，所述广角镜头的F数为2，视场角为185度。
较佳地，所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为偶次非球面镜；
所述第四透镜的第三非球面为偶次非球面，所述第五透镜的第四非球面为偶次非球面。
本发明的积极进步效果在于：
本发明提出的广角镜头通过适当的优化结构，有效地降低了广角镜头的F数，提高了广角镜头所拍摄全景视频的图像亮度和成像质量；并且，本发明通过采用玻璃和塑料不同材料的组合结构，降低广角镜头自身的重量并优化了广角镜头的单价成本。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的广角镜头的结构示意图。
图2为本发明较佳实施例的广角镜头的光路图。
图3为本发明较佳实施例的广角镜头的光学畸变曲线图。
图4为本发明较佳实施例的广角镜头的场曲图。
图5为本发明较佳实施例的广角镜头的MTF曲线图。
图6为本发明较佳实施例的广角镜头的相对照度曲线图。
附图标记说明
第一透镜10
第一球面11
第二球面12
第二透镜20
第一非球面21
第二非球面22
第三透镜30
第三球面31
第四球面32
第四透镜40
第三非球面41
第五球面42
第五透镜50
第六球面51
第四非球面52
光阑60
滤光片70
第一平板面71
第二平板面72
方向X
像面80
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
请结合图1和图2予以理解，本实施案例提供一种广角镜头，所述广角镜头沿方向X自物方到像方(也就是像面80)依次同轴排列有第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、光阑60、第四透镜40、第五透镜50和滤光片70。所述第一透镜10、第三透镜30的材质均为玻璃；第二透镜20、第四透镜40和第五透镜50的材质均为塑料。
第一透镜10为球面镜，第一透镜10的光焦度为负，第一透镜10包括第一球面11和第二球面12。第二透镜20为非球面镜，第二透镜20的光焦度为负，第二透镜20包括第一非球面21和第二非球面22。第三透镜30为球面镜，第三透镜30的光焦度为正，第三透镜30包括第三球面31和第四球面32。第四透镜40为非球面镜，第四透镜40的光焦度为正，第四透镜40包括第三非球面41和第五球面42。第五透镜50为球面镜，第五透镜50的光焦度为负，第五透镜50包括第六球面51和第四非球面52。滤光片70包括相对设置的第一平板面71和第二平板面72。第一球面11、第二球面12、第一非球面21、第二非球面22、第三球面31、第四球面32、光阑60、第三非球面41、第五球面42、第六球面51、第四非球面52、第一平板面71和第二平板面72自物方到像方依次同轴排列。第四透镜40与第五透镜50胶合，其中，第四透镜40的第五球面42与第五透镜50的第六球面51胶合，且第五球面42与第六球面51曲率半径相同。第二透镜20、第四透镜40和第五透镜50均为偶次非球面镜。第四透镜40的第三非球面41为偶次非球面，第五透镜50的第四非球面52为偶次非球面。
在本实施例中，第二透镜20和第四透镜40的折射率均为1.43～1.63，阿贝数均为50～60。较佳地，第二透镜20和第四透镜40的折射率均为1.53，阿贝数均为55.74。第一透镜10的折射率为1.62～1.82，阿贝数为45～55；第三透镜30的折射率为1.74～1.94，阿贝数为18～28；第五透镜50的折射率为1.53～1.73，阿贝数为18～28。较佳地，第一透镜10的折射率为1.72，阿贝数为50.35；第三透镜30的折射率为1.84，阿贝数为23.78；第五透镜50的折射率为1.63，阿贝数为23.97。滤光片70的折射率为1.41～1.61，阿贝数为59～69。较佳地，滤光片70的折射率为1.516，阿贝数为64.1。
在本实施例中，第一透镜10的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为2.31～4.5；第二透镜20的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为3.68～5.12；第三透镜30的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为5.52～7.38；第四透镜40的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为3.35～6.27；第五透镜50的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为18.26～21.3。
在本实施例中，第一球面11的曲率半径为28.33mm，厚度为0.97mm。第二球面12的曲率半径为3.6mm，厚度为3.28mm。第一非球面21的曲率半径为-15.922mm，厚度为0.91mm。第二非球面22的曲率半径为4.34mm，厚度为2.49mm。第三球面31的曲率半径为-65.69mm，厚度为2.38mm。第四球面32的曲率半径为-7.49mm，厚度为5.25mm。光阑60的曲率半径为∞，厚度为0.05mm。第三非球面41的曲率半径为2.63mm，厚度为1.51mm。第五球面42的曲率半径为-2.26mm，厚度为1.96mm。第六球面51的曲率半径为-2.26mm，厚度为1.96mm。第四非球面52的曲率半径为-8.11mm，厚度为1.88mm。第一平板面71的曲率半径为∞，厚度为0.4mm。第二平板面72的曲率半径为∞，厚度为1.29mm。具体如下图表中所示：
Figure GDA0004115204260000061
Figure GDA0004115204260000071
其中，所述广角镜头的非球面面型公式为：
Figure GDA0004115204260000072
在上面公式中，z为非球面在光轴方向在高度为r时，距离非球面顶点的距离矢高，c为镜片面的曲率，k为圆锥系数，A、B、C、D、E、F、G、H为高阶非球面系数，在本实施例中，系数取到A、B、C、D、E、F。下表为各个非球面参数表：
第一非球面 第二非球面 第三非球面 第四非球面
k 5.378 0 -0.13474 -11.357
A 0 0 0 0
B 0.00229 0.00184 -0.00186 0.01149
C -0.04719 -0.05521 -0.82561 -1.33982
D 0.05531 0.01524 0.29814 0.84335
E - 0.23815 - -0.40918
F - -0.32638 - 0.011235
在本实施例中，通过上述设置，实现了所述广角镜头的F数为2、广角镜头的视场角为185度，达到大光圈广角成像。所述广角镜头的TTL(镜头通光孔上面的镜头平面到芯片的感光平面的距离)为22.4mm，焦距为1.36mm，镜片最大直径为15mm。
图3为本实施例的广角镜头的光学畸变曲线图，图4为本实施例的广角镜头的场曲图，可以看出该广角镜头的场曲绝对值在0.08mm，畸变曲线较为平滑，边缘大角度区域的图像压缩较为平缓，有效提高了展开图像的清晰度。
图5为本实施例的广角镜头的MTF曲线图(MTF英文全称：Modulation TransferFunction，调制传递函数)，由曲线可知，各个视场的子午和弧矢的MTF曲线比较接近，表明该广角镜头的在子午(T)和弧矢(S)两个方向的成像一致性比较好，而且全视场的MTF对比度达到了0.3，该广角镜头的成像对比度较好。
图6为本实施例的广角镜头的相对照度曲线图，该广角镜头在全视场范围相对照度大于0.7且曲线较为平滑，表明该广角镜头拍摄的图片在整个视场的图像亮度比较接近，不会出现局部较暗的情况。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种广角镜头，其特征在于，所述广角镜头自物方到像方由下列部件依次同轴排列组成：
一第一透镜，所述第一透镜为球面镜，所述第一透镜的光焦度为负，所述第一透镜包括第一球面和第二球面，所述第一球面为物侧面且为凸面，所述第二球面为像侧面且为凹面；
一第二透镜，所述第二透镜为非球面镜，所述第二透镜的光焦度为负，所述第二透镜包括第一非球面和第二非球面，所述第一非球面为物侧面且为凹面，所述第二非球面为像侧面且为凹面；
一第三透镜，所述第三透镜为球面镜，所述第三透镜的光焦度为正，所述第三透镜包括第三球面和第四球面，所述第三球面为物侧面且为凹面，所述第四球面为像侧面且为凸面；
一光阑；
一第四透镜，所述第四透镜为非球面镜，所述第四透镜的光焦度为正，所述第四透镜包括第三非球面和第五球面，所述第三非球面为物侧面且为凸面，所述第五球面为像侧面且为凸面；
一第五透镜，所述第五透镜为球面镜，所述第五透镜的光焦度为负，所述第五透镜包括第六球面和第四非球面，所述第六球面为物侧面且为凹面，所述第四非球面为像侧面且为凸面；
一滤光片，所述滤光片包括相对设置的第一平板面和第二平板面；
其中，所述第一球面、所述第二球面、所述第一非球面、所述第二非球面、所述第三球面、所述第四球面、所述光阑、所述第三非球面、所述第五球面、所述第六球面、所述第四非球面、所述第一平板面和所述第二平板面自物方到像方依次同轴排列；
所述第一透镜的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为2.31～4.5；
所述第二透镜的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为3.68～5.12；
所述第三透镜的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为5.52～7.38；
所述第四透镜的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为3.35～6.27；
所述第五透镜的焦距和所述广角镜头的焦距的比值的绝对值为18.26～21.3。
2.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第三透镜的材质均为玻璃；所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的材质均为塑料。
3.如权利要求2所述的广角镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第四透镜的折射率均为1.43～1.63，阿贝数均为50～60。
4.如权利要求2所述的广角镜头，其特征在于，所述第一透镜的折射率为1.62～1.82，阿贝数为45～55；所述第三透镜的折射率为1.74～1.94，阿贝数为18～28；所述第五透镜的折射率为1.53～1.73，阿贝数为18～28。
5.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述滤光片的折射率为1.41～1.61，阿贝数为59～69。
6.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第四透镜与所述第五透镜胶合，其中，所述第四透镜的第五球面与所述第五透镜的第六球面胶合，且所述第五球面与所述第六球面曲率半径相同。
7.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，
所述第一球面的曲率半径为28.33mm，所述第一透镜的轴上厚度为0.97mm；
所述第二球面的曲率半径为3.6mm，所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔为3.28mm；
所述第一非球面的曲率半径为-15.922mm，所述第二透镜的轴上厚度为0.91mm；
所述第二非球面的曲率半径为4.34mm，所述第二透镜与所述第三透镜之间的空气间隔为2.49mm；
所述第三球面的曲率半径为-65.69mm，所述第三透镜的轴上厚度为2.38mm；
所述第四球面的曲率半径为-7.49mm，所述第三透镜与所述光阑之间的空气间隔为5.25mm；
所述光阑的曲率半径为∞，所述光阑与所述第四透镜之间的空气间隔为0.05mm；
所述第三非球面的曲率半径为2.63mm，所述第四透镜的轴上厚度为1.51mm；
所述第五球面的曲率半径为-2.26mm，所述第四透镜与所述第五透镜之间的空气间隔为0；
所述第六球面的曲率半径为-2.26mm，所述第五透镜的轴上厚度为1.96mm；
所述第四非球面的曲率半径为-8.11mm，所述第五透镜与所述滤光片之间的空气间隔为1.88mm；
所述第一平板面的曲率半径为∞，所述滤光片的轴上厚度为0.4mm；
所述第二平板面的曲率半径为∞，所述第二平板面为像侧面且所述第二平板面与成像面之间的空气间隔为1.29mm。
8.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头的F数为2，视场角为185度。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的广角镜头，其特征在于，所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为偶次非球面镜；
所述第四透镜的第三非球面为偶次非球面，所述第五透镜的第四非球面为偶次非球面。
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