CN111856728A - 一种广角无畸变镜头及包含该镜头的摄像设备 - Google Patents

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CN111856728A CN202010842240.1A CN202010842240A CN111856728A CN 111856728 A CN111856728 A CN 111856728A CN 202010842240 A CN202010842240 A CN 202010842240A CN 111856728 A CN111856728 A CN 111856728A
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Abstract

本发明公开了一种广角无畸变镜头及包含该镜头的摄像设备，一种广角无畸变镜头，沿光轴从物面到像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和滤光片，本发明通的镜头，结构紧凑、外形尺寸小，且大大减小镜头重量，降低了成本且加快研发周期，并且通过合理光焦度分配的具有特定结构形状的透镜组成的光学镜头，可以在紧凑架构下达到高解像力；采用本发明提供的广角无畸变镜头，透镜材质的阿贝系数等参数与成像条件匹配较佳，使得透镜***的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差得到很好的校正，保证在整个像面都能均匀成像，TV畸变小(<0.3％)，满足高像素的使用要求。

Description

一种广角无畸变镜头及包含该镜头的摄像设备
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，特别是一种广角无畸变镜头及包含该镜头的摄像设备。
背景技术
广角镜头在安防监控、网络摄像和汽车辅助驾驶领域的应用越来越广，镜头性能直接影响成像质量及成像视野，随着广角镜头的技术指标需求不断提高，开始对镜头提出了无畸变、轻量化、总长短、便于携带和高解像力的要求；尤其是对TV畸变，因为TV畸变参数是反映一个镜头的真实畸变最佳参数，TV畸变越小，镜头的真实感越强，TV畸变小于1％接近无畸变。
中国专利申请号CN200910099705.2公开了一种新型百万像素广角镜头，包括5个镜片和光阑组成，其中：从物方开始依次设有：第一透镜元件具有负的光焦度并凸向物方的弯月型镜片；第二透镜元件具有正的光焦度的非球面镜片；第三透镜元件具有正的光焦度的双凸镜片；第四透镜元件具有负的光焦度的双凹非球面镜片；第五透镜元件具有正的光焦度的镜片；光阑位于第二和第三透镜之间。使用本发明，可实现大相对孔径、小畸变和高解像能力的广角镜头，并能确保在-40℃～+85℃的宽温度范围内保持镜头成像良好，特别适合于对镜头变形要求较高的如网络摄像机、视频会议***的应用。
但是上述广角镜头还存在以下缺点：
1.总长偏长，达19.63mm，小型化要求不够好；
2.结构采用用3G2P结构(3片玻璃镜片，2片塑胶镜片)，重量偏重，足轻量化要求不够好，无法大幅度降低成本；
3.畸变较大。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种广角无畸变镜头及包含该镜头的摄像设备。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种广角无畸变镜头，沿光轴从物面到像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和滤光片，所述第一透镜为光焦度为负的塑胶非球面镜片，且第一透镜的物面侧为凸面、像面侧为凹面，所述第二透镜为光焦度为正的玻璃球面镜片，且第二透镜的物面侧为凸面、像面侧为凹面；所述第三透镜为光焦度为正的塑胶非球面镜片，且第三透镜的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第四透镜为光焦度为负的塑胶非球面镜片，且第四透镜的物面侧为凹面、像面侧为凹面；所述第五透镜为光焦度为正的塑胶非球面镜片，且第五透镜的物面侧为凸面、像面侧为凸面；滤光片设置于第五透镜的像面侧；所述第二透镜和第三透镜之间设有光阑；
所述大孔径超广角高清镜头的有效总焦距为f，所述第一透镜的有效焦距为f1，所述第二透镜的有效焦距为f2，所述第三透镜的有效焦距为f3，第四透镜的有效焦距为f4，所述第五透镜的有效焦距为f5，且满足以下关系：-1.76<f4/f5<-0.56；0.5＜f1/f4＜1.3；11.7＜f3/f2＜16.7；1.2＜f5/f＜2.1。
作为本发明的一种优选方案，所述广角无畸变镜头的的总长度TTL<16mm。
作为本发明的一种优选方案，所述第二透镜的折射率大于1.85且小于2.05。
作为本发明的一种优选方案，所述第五球面透镜的折射率为nd6，且满足以下关系式：nd6>1.85。
作为本发明的一种优选方案，所述第三透镜的折射率大于1.65。
作为本发明的一种优选方案，所述第四透镜的折射率大于1.55。
另外，本发明还提供了一种摄像设备，其包含上述的广角无畸变镜头。
与现有技术相比，本发明通过采用1片玻璃球面镜片和4片塑胶非球面镜片获得总长小于16mm的光学镜头，结构紧凑、外形尺寸小，且大大减小镜头重量，降低了成本且加快研发周期，并且通过合理光焦度分配的具有特定结构形状的透镜组成的光学镜头，可以在紧凑架构下达到高解像力；采用本发明提供的广角无畸变镜头，透镜材质的阿贝系数等参数与成像条件匹配较佳，使得透镜***的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差得到很好的校正，保证在整个像面都能均匀成像，TV畸变小(<0.3％)，满足高像素的使用要求。
附图说明
图1为本发明实施例的透镜示意图。
图2为本发明实施例的25°时的MTF解析图。
图3为本发明实施例的80°时的MTF解析图。
图4为本发明实施例的-30°时的MTF解析图。
图5为本发明实施例的场曲图。
图6为本发明实施例的网格畸变图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种广角无畸变镜头，沿光轴从物面到像面依次包括：第一透镜E1、第二透镜E2、第三透镜E3、第四透镜E4、第五透镜E5和滤光片E6，所述第一透镜E1为光焦度为负的塑胶非球面镜片，且第一透镜E1的物面侧为凸面、像面侧为凹面，所述第二透镜E2为光焦度为正的玻璃球面镜片，且第二透镜E2的物面侧为凸面、像面侧为凹面；所述第三透镜E3为光焦度为正的塑胶非球面镜片，且第三透镜E3的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第四透镜E4为光焦度为负的塑胶非球面镜片，且第四透镜E4的物面侧为凹面、像面侧为凹面；所述第五透镜E5为光焦度为正的塑胶非球面镜片，且第五透镜E5的物面侧为凸面、像面侧为凸面；滤光片E6设置于第五透镜E5的像面侧；所述第二透镜E2和第三透镜E3之间设有光阑ST；
其中：如图1所示，第一透镜E1的物面侧为S1、像面侧为S2，第二透镜E2的物面侧为S3、像面侧为S4，第三透镜E3的物面侧为S5、像面侧为S6，第四透镜E4的物面侧为S7、像面侧为S8，第五透镜E5的物面侧为S9、像面侧为S10。
所述大孔径超广角高清镜头的有效总焦距为f，所述第一透镜的有效焦距为f1，所述第二透镜的有效焦距为f2，所述第三透镜的有效焦距为f3，第四透镜的有效焦距为f4，所述第五透镜的有效焦距为f5，且满足以下关系：-1.76<f4/f5<-0.56；0.5＜f1/f4＜1.3；11.7＜f3/f2＜16.7；1.2＜f5/f＜2.1。
本实施例中，所述广角无畸变镜头的的总长度TTL<16mm。
本实施例中，所述第二透镜的折射率大于1.85且小于2.05。
本实施例中，所述第五球面透镜的折射率为nd6，且满足以下关系式：nd6>1.85。
本实施例中，所述第三透镜的折射率大于1.65。
本实施例中，所述第四透镜的折射率大于1.55。
为了验证本实施例的广角无畸变镜头的光学性能，在一个实施例中，光学***有效焦距为2.9mm，光圈值为2.4，光学***总长为15.894mm，全视场角为98°；各透镜的各项参数依次列于表1和表2中。
表1
Figure BDA0002641870360000041
Figure BDA0002641870360000051
表2
Figure BDA0002641870360000052
Figure BDA0002641870360000061
Figure BDA0002641870360000071
表1中：Surf为表面编号，Radius为曲率半径，Thickness为球面透镜厚度，Index为折射率，ABB为色散系数，EFL-E为焦距。
在表1中，镜面序号1、2依次代表透镜1的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号3、4代表透镜2的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号7、8代表透镜3的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号9、10代表透镜4的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号11、12代表透镜5的沿光线入射方向的两个镜面,镜面序号13、14代表滤波片的沿光线入射方向的两个镜面。
由表1可得：f4/f5＝-0.874，其满足上述的-1.76<f4/f5<-0.56的设计。
第二透镜E2的折射率为1.90，其满足第二透镜E2的折射率大于1.85且小于2.05的设计；
f1/f4＝0.933，其满足上述的0.5＜f1/f4＜1.3的设计。
f3/f2＝14.736，其满足上述的11.7＜f3/f2＜16.7的设计。
f5/f＝1.507，其满足上述的1.2＜f5/f＜2.1的设计。
第三透镜E3的折射率为1.75，其满足第三透镜E3的折射率大于1.65的设计。
第四透镜E4的折射率为1.64，其满足第四透镜E4的折射率大于1.55的设计。
表2为所有塑胶非球面透镜即第一透镜E1、第三透镜E3、第四透镜E4、第五透镜E5的非球面数据。
在本发明实施例中，图2、图3和图4分别表示常温25°、高温80°和低温-30°时的调制传递函数(MTF)曲线图，代表了光学***的综合解像能力，图中横轴表示空间频率，单位：圈数每毫米(cycles/mm)，纵轴表示调制传递函数(MTF)的数值，MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，特别指出，光学传递函数是用来评价一个光学***的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明***的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强；从图2可以看出，再常温25°时的可见光波段在空间频率为100lp/mm时，中心附近成像区域MTF>0.7,成像质量非常好，本具体实现方式提供的光学镜头对各种像差，如球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差等进行了校正，从而提高了分辨率；从图3和图4可看出再高温和低温时的MTF都满足高解析度，高低温解析良好；图5和图6分别表示场曲图和网格畸变图，由图5可知场曲值控制在-0.05mm到0.05mm之间，场曲值越小对镜头的成像质量越好；由图6可知TV畸变控制在0.3％之内，畸变值越小对镜头的成像效果越好。
实施例2
本实施例提供了一种摄像设备，其包含上述的广角无畸变镜头。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种广角无畸变镜头，沿光轴从物面到像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和滤光片，其特征在于：所述第一透镜为光焦度为负的塑胶非球面镜片，且第一透镜的物面侧为凸面、像面侧为凹面，所述第二透镜为光焦度为正的玻璃球面镜片，且第二透镜的物面侧为凸面、像面侧为凹面；所述第三透镜为光焦度为正的塑胶非球面镜片，且第三透镜的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第四透镜为光焦度为负的塑胶非球面镜片，且第四透镜的物面侧为凹面、像面侧为凹面；所述第五透镜为光焦度为正的塑胶非球面镜片，且第五透镜的物面侧为凸面、像面侧为凸面；滤光片设置于第五透镜的像面侧；所述第二透镜和第三透镜之间设有光阑；
所述大孔径超广角高清镜头的有效总焦距为f，所述第一透镜的有效焦距为f1，所述第二透镜的有效焦距为f2，所述第三透镜的有效焦距为f3，第四透镜的有效焦距为f4，所述第五透镜的有效焦距为f5，且满足以下关系：-1.76<f4/f5<-0.56；0.5＜f1/f4＜1.3；11.7＜f3/f2＜16.7；1.2＜f5/f＜2.1。
2.根据权利要求1所述的广角无畸变镜头，其特征在于：所述广角无畸变镜头的的总长度TTL<16mm。
3.根据权利要求1所述的广角无畸变镜头，其特征在于：所述第二透镜的折射率大于1.85且小于2.05。
4.根据权利要求1所述的广角无畸变镜头，其特征在于：所述第五球面透镜的折射率为nd6，且满足以下关系式：nd6>1.85。
5.根据权利要求1所述的广角无畸变镜头，其特征在于：所述第三透镜的折射率大于1.65。
6.根据权利要求1所述的广角无畸变镜头，其特征在于：所述第四透镜的折射率大于1.55。
7.一种摄像设备，其特征在于：包含如权利要求1-6任一所述的广角无畸变镜头。
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