CN111983788A - 一种广角镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种广角镜头，包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；第一透镜、第二透镜、第四透镜和第六透镜为负光焦度透镜，第三透镜、第五透镜和第七透镜为正光焦度透镜；第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，第五透镜的焦距为f5，第六透镜的焦距为f6，第七透镜的焦距为f7，广角镜头的焦距为f，其中：1.1≤|f1/f|≤2.4；|f2/f|≥4.2；0.7≤|f3/f|≤2.85；2.5≤|f4/f|；0.6≤|f5/f|≤2.9；0.33≤|f6/f|≤1.87；0.55≤|f7/f|≤2.73。本发明提供的广角镜头，保证在低成本的前提下，满足超大通光量，实现低照度条件下的监控需求。

Description

一种广角镜头

技术领域

本发明实施例涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种广角镜头。

背景技术

随着安防监控领域日趋高清化、网络化、智能化，摄像机的应用范围也越来越广泛，很多监控条件差、光线昏暗的地方也要求安装功能多样的摄像机，尤其是低照度高清摄像机，以满足全天候24小时监控的需求。对于夜晚等低照度环境，如果摄像机采集光线不够，会造成画面很暗的情况，影响清晰度。对于摄像机低照度性能的提升，超大光圈镜头是关键技术之一，因此需要开发一种大光圈的广角镜头来解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种广角镜头，以实现大光圈的广角镜头，保证在低成本的前提下，满足超大通光量，实现低照度条件下的监控需求。

第一方面，本发明实施例提供了一种广角镜头，包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；

所述第一透镜为负光焦度透镜，所述第二透镜为负光焦度透镜，所述第三透镜为正光焦度透镜，所述第四透镜为负光焦度透镜，所述第五透镜为正光焦度透镜，所述第六透镜为负光焦度透镜，所述第七透镜为正光焦度透镜；

所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4，所述第五透镜的焦距为f5，所述第六透镜的焦距为f6，所述第七透镜的焦距为f7，所述广角镜头的焦距为f，其中：

1.1≤|f1/f|≤2.4；|f2/f|≥4.2；0.7≤|f3/f|≤2.85；2.5≤|f4/f|；0.6≤|f5/f|≤2.9；0.33≤|f6/f|≤1.87；0.55≤|f7/f|≤2.73。

可选的，所述第三透镜为玻璃球面透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为塑料非球面透镜。

可选的，所述广角镜头还包括光阑，所述光阑设置在所述第四透镜和所述第五透镜之间的光路中。

可选的，所述第二透镜的折射率为n2；所述第三透镜的折射率为n3，阿贝数为v3；其中：

1.43≤n2≤1.75；n3≥1.65，22≤v3≤56。

可选的，所述第一透镜的通光口径为D1，所述第七透镜的像侧面的光轴中心至像面的距离为BFL，其中，|D1/BFL|≥1.8。

可选的，所述第五透镜至所述第六透镜的空气间隔为TH56，所述第六透镜至所述第七透镜的空气间隔为TH67，所述第一透镜物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，TH56/TTL≥0，和/或，TH67/TTL≥0。

可选的，所述第四透镜为弯月形透镜。

可选的，所述第七透镜的像侧面的光轴中心至像面的距离为BFL，所述第一透镜的物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，0.05≤BFL/TTL≤0.88。

可选的，所述广角镜头的光圈数为F，其中，0.8≤F≤1.2。

可选的，所述广角镜头的视场角为FOV，其中，100°≤FOV≤120°。

本发明实施例提供的广角镜头，通过合理设置广角镜头中的透镜数量、各透镜的光焦度以及各个透镜焦距之间的相对关系，在低成本的前提下，保证广角镜头前后组镜片的入射角大小的均衡性，降低镜头的敏感性，并对在超大光圈时像差进行矫正，保证广角镜头具有较高的解像力，从而保证广角镜头在较小光圈数的前提下，满足超大通光量，实现低照度条件下的高清监控需求

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种广角镜头的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种广角镜头的球差曲线图；

图3为本发明实施例提供的一种广角镜头的光线光扇图；

图4为本发明实施例提供的一种广角镜头的可见光点列图；

图5为本发明实施例提供的一种广角镜头在436nm波长下的点列图；

图6为本发明实施例提供的一种广角镜头的场曲畸变图；

图7为本发明实施例提供的一种广角镜头的MTF图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明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本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种广角镜头的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的广角镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160和第七透镜170；第一透镜110为负光焦度透镜，第二透镜120为负光焦度透镜，第三透镜130为正光焦度透镜，第四透镜140为负光焦度透镜，第五透镜150为正光焦度透镜，第六透镜160为负光焦度透镜，第七透镜170为正光焦度透镜；第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，第五透镜的焦距为f5，第六透镜的焦距为f6，第七透镜的焦距为f7，广角镜头的焦距为f，其中：1.1≤|f1/f|≤2.4；|f2/f|≥4.2；0.7≤|f3/f|≤2.85；2.5≤|f4/f|；0.6≤|f5/f|≤2.9；0.33≤|f6/f|≤1.87；0.55≤|f7/f|≤2.73。

示例性的，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学***偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的***(即透镜组)。在本实施例提供的广角镜头中，可以将各个透镜固定于一个镜筒(图1中未示出)内，设置第一透镜110为负光焦度透镜，用于控制光学***光线入射角；第二透镜120、第四透镜140和第六透镜160为负光焦度透镜；第三透镜130、第五透镜150和第七透镜170为正光焦度透镜；第五透镜150、第六透镜160和第七镜片170用于矫正轴外像差，包括场曲、慧差、像散等像差。整个广角镜头的光焦度按照一定比例分配，保证前后组镜片的入射角大小的均衡性，以降低镜头的敏感性，提高生产的可能性。

进一步的，设置第一透镜110的焦距f1，第二透镜120的焦距f2，第三透镜130的焦距f3，第四透镜140的焦距f4，第五透镜150的焦距f5，第六透镜160的焦距f6，第七透镜170的焦距f7以及广角镜头的焦距f满足：1.1≤|f1/f|≤2.4；|f2/f|≥4.2；0.7≤|f3/f|≤2.85；2.5≤|f4/f|；0.6≤|f5/f|≤2.9；0.33≤|f6/f|≤1.87；0.55≤|f7/f|≤2.73。通过合理分配各镜片焦距，有利于在超大光圈时像差的矫正，保证该镜头具有较高的解像力。

本发明实施例提供的广角镜头，通过合理设置广角镜头中的透镜数量、各透镜的光焦度以及各个透镜焦距之间的相对关系，在低成本的前提下，保证广角镜头前后组镜片的入射角大小的均衡性，降低镜头的敏感性，并对在超大光圈时像差进行矫正，保证广角镜头具有较高的解像力，从而保证广角镜头在较小光圈数的前提下，满足超大通光量，实现低照度条件下的高清监控需求

可选的，第三透镜130为玻璃球面透镜，第一透镜110、所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为塑料非球面透镜。

其中，第三透镜130为玻璃球面透镜，第一透镜110、第二透镜120、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160和第七透镜170均为塑料非球面透镜，非球面透镜起到矫正所有高级像差的作用。由于塑料材质的透镜成本远低于玻璃材质的透镜成本，本发明实施例提供的广角镜头中，通过设置6片塑料非球面透镜，像质好，成本低。且因两类材质具有互相补偿作用，可保证广角镜头在高低温环境下仍可正常使用。

继续参考图1，可选的，本发明实施例提供的广角镜头还包括光阑180，光阑180设置在第四透镜140和第五透镜150之间的光路中。

其中，通过将光阑180设置在第四透镜140和第五透镜150之间的光路中，可以调节光束的传播方向，调整光线入射角，有利于提高成像质量。

可选的，第二透镜120的折射率为n2；第三透镜130的折射率为n3，阿贝数为v3；其中，1.43≤n2≤1.75；n3≥1.65，22≤v3≤56。

其中，折射率是光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比，主要用来描述材料对光的折射能力，不同的材料的折射率不同。阿贝数是用以表示透明介质色散能力的指数，介质色散越严重，阿贝数越小；反之，介质的色散越轻微，阿贝数越大。如此，通过搭配设置广角镜头中各透镜的折射率和阿贝数，保证前后组镜片的入射角大小的均衡性，以降低镜头的敏感性，提高生产的可能性；同时，有利于实现较高的像素分辨率与较大的光圈。

可选的，第一透镜110的通光口径为D1，第七透镜170的像侧面的光轴中心至像面的距离为BFL，其中，|D1/BFL|≥1.8。

其中，第七透镜170的像侧面的光轴中心至像面的距离可以理解为广角镜头的后焦(In air)，通过合理设置第一透镜110的最大通光口径D1与广角镜头的后焦BFL满足|D1/BFL|≥1.8，在满足广角镜头进光量的同时保证整个广角镜头小巧。

可选的，第五透镜150至第六透镜160的空气间隔为TH56，第六透镜160至第七透镜170的空气间隔为TH67，第一透镜110物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，TH56/TTL≥0，和/或，TH67/TTL≥0。

其中，第一透镜110物侧面的光轴中心至像面的距离可以理解为广角镜头的总长(In air)，通过设置TH56/TTL≥0，和/或，TH67/TTL≥0，合理约束空气间隔的总长度，使得透镜结构更加紧凑，在实现大孔径的同时保持广角镜头的有效焦距和广角镜头总长仍在合理范围内。

示例性的，设置TH56/TTL＝0，和/或，TH67/TTL＝0，可通过将第五透镜150的像侧面与第六透镜160的物侧面胶合，和/或，通过将第六透镜160的像侧面与第七透镜170的物侧面胶合，将第五透镜150和第六透镜160组合成胶合透镜，和/或，将第六透镜160和第七透镜170组合成胶合透镜；采用胶合透镜可有效减小第五透镜150和第六透镜160间的空气间隔，和/或，有效减小第六透镜160和第七透镜170间的空气间隔，从而减小镜头总长。此外，胶合透镜可用于最大限度地减少色差或消除色差，使得广角镜头的各种像差可得到充分校正，在结构紧凑的前提下，可提高分辨率，优化畸变、CRA等光学性能；并可减少镜片间反射引起光量损失，提升照度，从而改善像质、提升镜头成像的清晰度。另外，胶合透镜的使用还可减少两个镜片之间的组立部件，简化镜头制造过程中的装配程序，降低成本，并降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。

可选的，第四透镜140为弯月形透镜。

其中，弯月形透镜由两个曲率半径较小，数值相差也很少的球面构成，通过设置第四透镜140为弯月透镜，有助于矫正场曲。

可选的，第七透镜170的像侧面的光轴中心至像面的距离为BFL，第一透镜110的物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，0.05≤BFL/TTL≤0.88。

其中，第七透镜170的像侧面的光轴中心至像面的距离BFL可以理解为广角镜头的后焦，第一透镜110的物侧面的光轴中心至像面的距离TTL可以理解为广角镜头的总长，通过合理设置广角镜头的后焦与广角镜头的总长之间的关系，可以保证整个广角镜头结构紧凑，广角镜头集成度高。

可选的，本发明实施例提供的广角镜头的光圈数为F，其中，0.8≤F≤1.2。

本发明实施例提供的广角镜头为一种大光圈广角镜头，满足超大通过量，适用于低照度条件下的监控需求。

可选的，本发明实施例提供的广角镜头的视场角为FOV，其中，100°≤FOV≤120°。

本发明实施例提供的广角镜头为一种较大视场角的广角镜头，满足大视场要求。

本发明实施例提供的广角镜头，通过合理分配各透镜的光焦度、折射率、阿贝数等，在低成本的前提下，保证广角镜头前后组镜片的入射角大小的均衡性，降低镜头的敏感性，并对在超大光圈时像差进行矫正，保证广角镜头具有较高的解像力，从而保证广角镜头在较小光圈数的前提下，满足超大通光量，实现低照度条件下的高清监控需求

作为一种可行的实施方式，下面对广角镜头中各个透镜表面的曲率半径、厚度、材料和K系数进行说明。

表1广角镜头的曲率半径、厚度、材料和K系数的设计值

继续参考图1，本发明实施例提供的广角镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160和第七透镜170。表1示出了实施例提供的广角镜头中各透镜的曲率半径、厚度及材料等光学物理参数。其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，“1”代表第一透镜110的物面表面，“2”代表第一透镜110的像面表面，“10”代表第五透镜150的物面表面，“11”代表第五透镜150的像面表面，依次类推；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。

在上述实施的基础上，可选的，第三透镜130为玻璃球面透镜，第一透镜110、第二透镜120、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160和第七透镜170均为塑料非球面透镜。本发明实施例提供的广角镜头还包括光阑180(STO)，通过增设光阑180可以调节光束的传播方向，有利于提高成像质量。光阑180可以位于第四透镜140和第五透镜150之间的光路中，但本发明实施例对光阑180的具体设置位置不进行限定。

第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160和第七透镜170的非球面表面形状方程Z满足：

式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c＝1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D、E、F为高次非球面系数，其中，Z、R和y的单位均为mm。

示例性的，表2以一种可行的实施方式详细说明了本实施例中各透镜的非球面系数。

表2广角镜头中非球面系数

其中，-3.82E-03表示面序号为1的系数A为-3.82*10^-3，依此类推。

本实施例提供的广角镜头达到了如下的技术指标：

入曈直径：N＝3.65；

光圈：F＝1.0；

TTL/BFL＝5.3；

视场角：2w≥100°；

分辨率：可与500万像素高分辨率CCD或CMOS摄像机适配。

进一步的，图2为本发明实施例提供的一种广角镜头的球差曲线图，如图2所示，该广角镜头在不同波长(0.486μm、0.588μm和0.656μm)下的球差均在0.05mm以内，不同波长曲线相对较集中，说明该广角镜头的轴向像差很小，从而可知，本发明实施例提供的广角镜头能够较好地校正像差。

图3为本发明实施例提供的一种广角镜头的光线光扇图，如图3所示，不同波长光线(0.486μm、0.588μm和0.656μm)在该广角镜头的不同视场角下的成像范围均在30μm以内且曲线非常集中，保证了不同视场区域的像差较小，也即说明了该广角镜头较好地校正了光学***的像差。

图4为本发明实施例提供的一种广角镜头的可见光点列图，其中，点列图是现代光学设计中最常用的评价方法之一。点列图是指由一点光源发出的许多光线经光学***后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形。如图4所示，本发明实施例提供的广角镜头，不同波长的可见光线(0.4861μm、0.5876μm和0.6563μm)在各个视场下的弥散图形比较集中，分布也比较均匀，没有出现某个视场下的弥散图形随波长而上下分离得很开的现象，说明无明显紫边。同时，不同波长的可见光线(0.4861μm、0.5876μm和0.6563μm)在该广角镜头的各视场位置处的均方根半径值(RMSradius)分别为1.402mm，2.022mm，2.420mm，2.305mm，2.398mm和2.460mm，表明各视场的RMS半径均小于2.5μm，也即说明了该广角镜头在全视场下具有较低的色差和像差，解决了可见光波段成像的紫边问题，能够实现高分辨率的成像。

图5为本发明实施例提供的一种广角镜头在436nm波长下的点列图，如图5所示，本发明实施例提供的广角镜头，波长为436nm的光线在各个视场下的弥散图形比较集中，分布也比较均匀，没有出现某个视场下的弥散图形随波长而上下分离得很开的现象，说明无明显紫边。同时，波长为436μm的光线在该广角镜头的各视场位置处的均方根半径值(RMSradius)分别为6.533mm，6.957mm，6.835mm，7.007mm，6.877mm和7.223mm，表明该广角镜头在较短波长的可见光下也进行了较好的像差、色差校正，解决了可见光波段成像的紫边问题，能够实现高分辨率的成像。

图6为本发明实施例提供的一种广角镜头的场曲畸变图，如图6所示，本发明实施例提供的广角镜头场曲较小，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；成像畸变较小，满足低畸变的要求。

图7为本发明实施例提供的一种广角镜头的MTF图，如图7所示，MTF曲线中的160线对/mm时传递函数基本都在0.4以上，像质较高，满足500万像素的解像需求。

综上所述，本发明实施例提供了的广角镜头，具有大光圈，高像质且无明显紫边的优势，设计采用7片式结构，在成本较低的情况下，达到5MP像质需求，采用玻塑混合的结构能够满足-30℃-80℃环境下不跑焦的需求。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种广角镜头，其特征在于，包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；

所述第一透镜为负光焦度透镜，所述第二透镜为负光焦度透镜，所述第三透镜为正光焦度透镜，所述第四透镜为负光焦度透镜，所述第五透镜为正光焦度透镜，所述第六透镜为负光焦度透镜，所述第七透镜为正光焦度透镜；

所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4，所述第五透镜的焦距为f5，所述第六透镜的焦距为f6，所述第七透镜的焦距为f7，所述广角镜头的焦距为f，其中：

1.1≤|f1/f|≤2.4；|f2/f|≥4.2；0.7≤|f3/f|≤2.85；2.5≤|f4/f|；0.6≤|f5/f|≤2.9；0.33≤|f6/f|≤1.87；0.55≤|f7/f|≤2.73。

2.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第三透镜为玻璃球面透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为塑料非球面透镜。

3.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头还包括光阑，所述光阑设置在所述第四透镜和所述第五透镜之间的光路中。

4.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第二透镜的折射率为n2；所述第三透镜的折射率为n3，阿贝数为v3；其中：

1.43≤n2≤1.75；n3≥1.65，22≤v3≤56。

5.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第一透镜的通光口径为D1，所述第七透镜的像侧面的光轴中心至像面的距离为BFL，其中，|D1/BFL|≥1.8。

6.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第五透镜至所述第六透镜的空气间隔为TH56，所述第六透镜至所述第七透镜的空气间隔为TH67，所述第一透镜物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，TH56/TTL≥0，和/或，TH67/TTL≥0。

7.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第四透镜为弯月形透镜。

8.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第七透镜的像侧面的光轴中心至像面的距离为BFL，所述第一透镜的物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，0.05≤BFL/TTL≤0.88。

9.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头的光圈数为F，其中，0.8≤F≤1.2。

10.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头的视场角为FOV，其中，100°≤FOV≤120°。

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