CN112649940A - 一种无反相机使用的超广角镜头 - Google Patents
一种无反相机使用的超广角镜头 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种无反相机使用的超广角镜头，具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第一透镜组G1、具有正的光焦度的第二透镜组G2、具有正的光焦度的第三透镜组G3，而且所述第一透镜组G1和第二透镜组G2在物体从无穷远向近距离移动时固定不动，所述第一透镜组G1的焦距F1与第二透镜组G2的焦距F2的关系满足‑0.7≤F1/F2≤‑0.4，所述第三透镜组G3在物体从无穷远向近距离移动时向物体方向移动，实现合焦，具有广的半视场角，全画角超过110度，并且能够良好地对彗差、像面弯曲、畸变等各像差进行校正，同时结构简单，装调容易，可以实现小型化，且性能高，成像效果好，成本低，有利于大批量生产，普及使用。
Description
技术领域
本发明属于镜头技术领域，特别涉及一种无反相机使用的超广角镜头。
背景技术
广角镜头是一种焦距短于标准镜头、视角大于标准镜头、焦距长于鱼眼镜头、视角小于鱼眼镜头的摄影镜头。但是申请人发现：目前市场上现有的公知的画角超过100度的广角镜头，其前几片镜片的屈光度都是以负为主，这种前组多片负透镜的结构虽然可以减小镜头体积、重量，但因为前组负透镜过多，不同波长光线的色差被一直放大，当色差一直往后累积，后面的镜片组将很难修正，最终导致镜头边缘视场的成像质量严重下降，呈现在图像上的表象为紫边严重。为此，大部分厂家采用的解决方案是在前组镜片中加入非球面镜片，后组镜片中使用过多的超低色散玻璃，虽然解决了残余色差的影响，但镜片数量过多，***过于复杂，装调难度大，很难保证最终的成像质量，过多的非球面镜片也会造成成本上升。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有广的半视场角，镜头的全画角超过110度，并且能够良好地对彗差、像面弯曲、畸变等各像差进行校正，同时结构简单，装调容易，可以实现小型化，且性能高，成像效果好，成本低的无反相机使用的超广角镜。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种无反相机使用的超广角镜头，具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第一透镜组G1、具有正的光焦度的第二透镜组G2、具有正的光焦度的第三透镜组G3，而且所述第一透镜组G1和第二透镜组G2在物体从无穷远向近距离移动时固定不动，所述第一透镜组G1的焦距F1与第二透镜组G2的焦距F2的关系满足-0.7≤F1/F2≤-0.4，所述第三透镜组 G3在物体从无穷远向近距离移动时向物体方向移动，实现合焦。
进一步地，所述第一透镜组G1的焦距F1与第三透镜组G3的焦距F3 满足-1≤F1/F≤-0.75和2≤F3/F≤3，其中F为无限远状态整个光学***的焦距。
进一步地，所述第一透镜组G1具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜 L11、透镜L12和透镜L13，而且所述透镜L11的焦距F1L11、透镜L12的焦距F1L12和透镜L13的焦距F1L13与第一透镜组G1的焦距F1的关系满足2.2≤F1L11/F1≤3.3、-4.7≤F1L12/F1≤-3.6、1≤F1L13/F1≤1.5。
进一步地，所述第一透镜组G1具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜 L11、透镜L12和透镜L13，所述第二透镜组G2具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜L21、透镜L22和透镜L23，所述第三透镜组G3具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜L31、透镜L32、透镜L33、透镜L34、透镜L35 和透镜L36。
进一步地，镜头的全画角超过110度。
本发明的有益效果：
本发明通过上述技术方案，即可具有广的半视场角，镜头的全画角超过110度，并且能够良好地对彗差、像面弯曲、畸变等各像差进行校正，同时结构简单，装调容易，可以实现小型化，且性能高，成像效果好，成本低，有利于大批量生产，普及使用。
附图说明
图1是本发明所述一种无反相机使用的超广角镜头实施例一的结构示意图；
图2是本发明所述一种无反相机使用的超广角镜头实施例一调焦无穷远且最大摄影倍率时，球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率色差的曲线图；
图3是本发明所述一种无反相机使用的超广角镜头实施例一调焦 200mm且最大摄影倍率时，球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率色差的曲线图；
图4是本发明所述一种无反相机使用的超广角镜头实施例二的结构示意图；
图5是本发明所述一种无反相机使用的超广角镜头实施例二调焦无穷远且最大摄影倍率时，球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率色差的曲线图；
图6是本发明所述一种无反相机使用的超广角镜头实施例二调焦 200mm且最大摄影倍率时，球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率色差的曲线图；
图7是本发明所述一种无反相机使用的超广角镜头实施例三的结构示意图；
图8是本发明所述一种无反相机使用的超广角镜头实施例三调焦无穷远且最大摄影倍率时，球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率色差的曲线图；
图9是本发明所述一种无反相机使用的超广角镜头实施例三调焦 200mm且最大摄影倍率时，球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率色差的曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述一种无反相机使用的超广角镜头，具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第一透镜组G1、具有正的光焦度的第二透镜组G2、具有正的光焦度的第三透镜组G3，而且所述第一透镜组G1和第二透镜组G2在物体从无穷远向近距离移动时固定不动，所述第一透镜组G1 的焦距F1与第二透镜组G2的焦距F2的关系满足-0.7≤F1/F2≤-0.4，所述第三透镜组G3在物体从无穷远向近距离移动时向物体方向移动，实现合焦。其中，所述第一透镜组G1具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜L11、透镜L12和透镜L13，所述第二透镜组G2具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜L21、透镜L22和透镜L23，所述第三透镜组G3具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜L31、透镜L32、透镜L33、透镜L34、透镜L35和透镜L36。
这样，本发明所述的无反相机使用的超广角镜头具有广的半视场角，镜头的全画角超过110度(全画角指的是通过镜头成像以后，感光元件(相机CCD)能看到的视场角，视场角可以通过水平、垂直或者对角方向进行衡量，这里指的是对角线的视场角。)，并且能够良好地对彗差、像面弯曲、畸变等各像差进行校正，结构简单，装调容易，可以实现小型化，且性能高，成像效果好，成本低。
本发明优选方案，所述第一透镜组G1的焦距F1与第三透镜组G3的焦距F3满足-1≤F1/F≤-0.75和2≤F3/F≤3，其中F为无限远状态整个光学***的焦距。如果第一透镜组G1的焦距F1与第三透镜组G3的焦距F3超过-1≤F1/F≤-0.75的下限，各种像差将会大量发生而矫正就非常困难，很难保证优秀的成像效果，如果超过-1≤F1/F≤-0.75的上限时，虽然有利于矫正像差，但小型化设计就非常困难，导致体积庞大，成本增高；如果第一透镜组G1的焦距F1与第三透镜组G3的焦距F3超过2≤F3/F≤3 的下限时，会导致彗差、像散恶化，如果超过2≤F3/F≤3的上限时，会导致球差、畸变恶化；因此，本发明所述的无反相机使用的超广角镜头即可最大化地避免像差的产生，并像差有利于矫正，同时可避免彗差和像散恶化、球差和畸变恶化，成像效果好。
本发明又一优选方案，所述第一透镜组G1具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜L11、透镜L12和透镜L13，而且所述透镜L11的焦距F1L11、透镜L12的焦距F1L12和透镜L13的焦距F1L13与第一透镜组G1的焦距 F1的关系满足2.2≤F1L11/F1≤3.3、-4.7≤F1L12/F1≤-3.6、1≤F1L13/F1 ≤1.5。如果透镜L11的焦距F1L11、透镜L12的焦距F1L12和透镜L13的焦距F1L13与第一透镜组G1的焦距F1超过2.2≤F1L11/F1≤3.3的下限时，透镜L11变小，对实现小口径非常有利，但是要实现大视场的广角镜头会非常不利，如果超过2.2≤F1L11/F1≤3.3的上限时，虽然对实现大视场的广角镜头会非常有利，但透镜L11口径会变大，无法实现整个镜头小型化；如果超过-4.7≤F1L12/F1≤-3.6的下限时，第一透镜组G1的光焦度太弱，第二透镜组G2的光焦度太强，各种相差无法得到有效平衡，无法保证优良的成像质量，如果超过-4.7≤F1L12/F1≤-3.6的上限时，第一透镜组G1 的光焦度太强，第二透镜组G2的光焦度太弱，将会导致第一透镜组G1的外径变大，无法实现小型化镜头的目的；如果超过1≤F1L13/F1≤1.5的下限时，透镜L13变小，对实现小口径镜头非常有利，但是要实现大视场的广角镜头会非常不利，如果超过1≤F1L13/F1≤1.5的上限时，虽然对实现大视场的广角镜头会非常有利，但透镜L13口径会变大，无法实现整个镜头小型化。因此，本发明所述的无反相机使用的超广角镜头即可实现小型化。
综上所述，本发明所述的无反相机使用的超广角镜头可以实现小型化，且性能高，成像效果好，成本低，画角超过100度。
下面通过三个实施例对本发明所述的无反相机使用的超广角镜头做进一步说明。
实施例一
如图1所示，本发明实施例一所述一种无反相机使用的超广角镜头，具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第一透镜组G1、具有正的光焦度的第二透镜组G2、具有正的光焦度的第三透镜组G3；其中第一透镜组G1中包含有正光焦度的透镜L12。当物体从无穷远向近距离移动时，第一透镜组G1和第二透镜组G2固定不动，第三透镜组G3向物体方向移动，实现合焦。当调焦无穷远或调焦200mm，且最大摄影倍率时，其球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率色差如图2和图3所示，其中g代表波长为 436nm的光线，d代表波长为587nm的光线，C代表波长为656nm的光线，△S代表弧矢面的光线，△T代表子午面的光线。
实施例一中每一片透镜的半径、厚度、折射率、阿贝数，以及每一片透镜之间的间隔的数据，具体如下表1。
RDY(mm):各个面的曲率半径；
THI(mm):各镜片间隔和镜片厚度；
Nd：d线的各个玻璃的折射率；
Vd:玻璃的阿贝数；
焦点距离：15；
Fno：4；
半画角ω：55°；
表1
其中，非球面的各项系数对应的值如下表2。
表2
| k | α<sub>2</sub> | α<sub>3</sub> | α<sub>4</sub> | α<sub>5</sub> | α<sub>6</sub> | |
| 22 | 0.8975 | 3.4943e-005 | 1.2050e-006 | -3.6364e-009 | -3.5887e-012 | -3.5654e-18 |
| 23 | 1.7589 | 6.6201e-005 | 5.2244e-007 | 1.8294e-009 | -1.1995e-011 | -4.5687e-21 |
当THI(13)和THI(23)等于不同值时，对应的成像距离如下表3，分别对应无穷远(焦距15mm)和200mm(0.07倍)。
表3
| 焦距 | 15.0mm | 0.07倍 |
| THI(13) | 17.5mm | 18.73mm |
| THI(23) | 3.36mm | 2.13mm |
非球面的形状定义：
r:从光轴开始的径向坐标；
Z：从非球面和光轴相交点开始，光轴方向的偏移量；
c：非球面的基准球面的曲率；
k：非球面的圆锥系数；
α2:非球面4次项系数；
α3:非球面6次项系数；
α4:非球面8次项系数；
α5:非球面10次项系数；
α6:非球面12次项系数；
而且
实施例二
如图4所示，本发明实施例二所述一种无反相机使用的超广角镜头，具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第一透镜组G1、具有正的光焦度的第二透镜组G2、具有正的光焦度的第三透镜组G3；其中第一透镜组G1中包含有正光焦度的透镜L12；当物体从无穷远向近距离移动时，第一透镜组G1和第二透镜组G2固定不动，第三透镜组G3向物体方向移动，实现合焦。当调焦无穷远或调焦200mm，且最大摄影倍率时，其球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率色差如图5和图6所示，其中g代表波长为 436nm的光线，d代表波长为587nm的光线，C代表波长为656nm的光线，△S代表弧矢面的光线，△T代表子午面的光线。
实施例二中每一片透镜的半径、厚度、折射率、阿贝数，以及每一片透镜之间的间隔的数据，具体如下表4。
RDY(mm):各个面的曲率半径；
THI(mm):各镜片间隔和镜片厚度；
Nd：d线的各个玻璃的折射率；
Vd:玻璃的阿贝数；
焦点距离：15；
Fno：4；
半画角ω：55°；
表4
| 表面序号 | RDY | THI | 折射率Nd | 阿贝数Vd |
| 1 | 33.91349 | 1.5 | 1.922866 | 20.88 |
| 2 | 16.96778 | 6.109344 | ||
| 3 | 44.96154 | 4.888515 | 1.846666 | 23.79 |
| 4 | 893.875 | 0.3 | ||
| 5 | 36.56779 | 1.5 | 1.910826 | 35.25 |
| 6 | 10.00625 | 4.158868 | ||
| 7 | 68.70796 | 5.489368 | 1.846666 | 23.79 |
| 8 | -31.81536 | 0.4052764 | ||
| 9 | -23.20924 | 1.5 | 1.456500 | 90.26 |
| 10 | 18.28463 | 4.421527 | ||
| 11 | 33.15847 | 5.84447 | 1.563885 | 60.79 |
| 12 | -15.30984 | 2.456089 | ||
| 13STO | Infinity | THI(13) | ||
| 14 | 32.95306 | 4.469699 | 1.784721 | 25.72 |
| 15 | -12.72495 | 1.5 | 1.784724 | 38.6 |
| 16 | 16.75682 | 5.231483 | 1.456500 | 90.27 |
| 17 | -19.11853 | 1.954649 | ||
| 18 | -14.38173 | 1.5 | 1.755205 | 27.55 |
| 19 | 1973.019 | 0.3 | ||
| 20 | 31.77608 | 7.931122 | 1.603001 | 65.21 |
| 21 | -18.60454 | 0.950284 | ||
| 22* | -21.1037 | 6.126123 | 1.787998 | 47.52 |
| 23* | -45.14145 | THI(23) | ||
| 24 | Inf | 2 | 1.516800 | 64.17 |
| 25 | Inf | 1 |
其中，非球面的各项系数对应的值如下表5。
表5
| k | α<sub>2</sub> | α<sub>3</sub> | α<sub>4</sub> | α<sub>5</sub> | α<sub>6</sub> | |
| 22 | -0.31531 | 3.8304E-005 | 5.0698E-007 | -2.2429E-009 | -5.6585E-012 | -4.2647e-18 |
| 23 | 0.01587 | 5.9011E-005 | 2.8353E-007 | 1.0487E-009 | -8.8092E-012 | -7.2587e-21 |
当THI(13)和THI(23)等于不同值时，对应的成像距离如下表6，分别对应无穷远(焦距15mm)和200mm(0.07倍)。
表6
| 焦距 | 15.0mm | 0.07倍 |
| THI(13) | 2.96 | 1.6 |
| THI(23) | 17.5 | 18.86 |
非球面的形状定义：
r:从光轴开始的径向坐标；
Z：从非球面和光轴相交点开始，光轴方向的偏移量；
c：非球面的基准球面的曲率；
k：非球面的圆锥系数；
α2:非球面4次项系数；
α3:非球面6次项系数；
α4:非球面8次项系数；
α5:非球面10次项系数；
α6:非球面12次项系数；
而且
实施例三
如图7所示，本发明实施例三所述一种无反相机使用的超广角镜头，具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第一透镜组G1、具有正的光焦度的第二透镜组G2、具有正的光焦度的第三透镜组G3；其中第一透镜组G1中包含有正光焦度的透镜L12；当物体从无穷远向近距离移动时，第一透镜组G1和第二透镜组G2固定不动，第三透镜组G3向物体方向移动，实现合焦。当调焦无穷远或调焦200mm，且最大摄影倍率时，其球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率色差如图8和图9所示，其中g代表波长为 436nm的光线，d代表波长为587nm的光线，C代表波长为656nm的光线，△S代表弧矢面的光线，△T代表子午面的光线。
实施例三中每一片透镜的半径、厚度、折射率、阿贝数，以及每一片透镜之间的间隔的数据，具体如下表7。
RDY(mm):各个面的曲率半径；
THI(mm):各镜片间隔和镜片厚度；
Nd：d线的各个玻璃的折射率；
Vd:玻璃的阿贝数；
焦点距离：15；
Fno：4；
半画角ω：55°；
表7
其中，非球面的各项系数对应的值如下表8。
表8
| k | α2 | α3 | α4 | α5 | α6 | |
| 22 | -5.1662 | 4.5953E-005 | 2.3960E-007 | -3.1545E-009 | 2.1578E-13 | -3.4702E-15 |
| 23 | 0.01587 | 1.5611E-004 | 7.7219E-008 | -1.3312E-009 | -4.5789E-14 | 7.8245E-16 |
当THI(13)和THI(23)等于不同值时，对应的成像距离如下表9，分别对应无穷远(焦距15mm)和200mm(0.07倍)。
表9
| 焦距 | 15.0mm | 0.07倍 |
| THI(13) | 2.205 | 1.2 |
| THI(24) | 17.5 | 18.4 |
非球面的形状定义：
r:从光轴开始的径向坐标；
Z：从非球面和光轴相交点开始，光轴方向的偏移量；
c：非球面的基准球面的曲率；
k：非球面的圆锥系数；
α2:非球面4次项系数；
α3:非球面6次项系数；
α4:非球面8次项系数；
α5:非球面10次项系数；
α6:非球面12次项系数；
而且
综上条件式总结表如下：
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种无反相机使用的超广角镜头，其特征在于：具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第一透镜组G1、具有正的光焦度的第二透镜组G2、具有正的光焦度的第三透镜组G3，而且所述第一透镜组G1和第二透镜组G2在物体从无穷远向近距离移动时固定不动，所述第一透镜组G1的焦距F1与第二透镜组G2的焦距F2的关系满足-0.7≤F1/F2≤-0.4，所述第三透镜组G3在物体从无穷远向近距离移动时向物体方向移动，实现合焦。
2.根据权利要求1所述的无反相机使用的超广角镜头，其特征在于：所述第一透镜组G1的焦距F1与第三透镜组G3的焦距F3满足-1≤F1/F≤-0.75和2≤F3/F≤3，其中F为无限远状态整个光学***的焦距。
3.根据权利要求1所述的无反相机使用的超广角镜头，其特征在于：所述第一透镜组G1具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜L11、透镜L12和透镜L13，而且所述透镜L11的焦距F1L11、透镜L12的焦距F1L12和透镜L13的焦距F1L13与第一透镜组G1的焦距F1的关系满足2.2≤F1L11/F1≤3.3、-4.7≤F1L12/F1≤-3.6、1≤F1L13/F1≤1.5。
4.根据权利要求1或2或3所述的无反相机使用的超广角镜头，其特征在于：所述第一透镜组G1具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜L11、透镜L12和透镜L13，所述第二透镜组G2具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜L21、透镜L22和透镜L23，所述第三透镜组G3具备沿着光轴从物体侧依次排列的透镜L31、透镜L32、透镜L33、透镜L34、透镜L35和透镜L36。
5.根据权利要求4所述的无反相机使用的超广角镜头，其特征在于：所述透镜L11为凸面向物方的负光焦度的弯月型透镜，所述透镜L12为凸面向物方的弯月型正光焦度透镜，所述透镜L13为凸面向物方的负光焦度的弯月型透镜，所述透镜L21为双凸正光焦度透镜，所述透镜L22为双凹负光焦度透镜，所述透镜L23为双凸正光焦度透镜，所述透镜L31为双凸正光焦度透镜，所述透镜L32为双凹负光焦度透镜，所述透镜L33为双凸正光焦度透镜，所述透镜L34为弯向物方的负光焦度的弯月型透镜，所述透镜L35为双凸正光焦度透镜，所述透镜L36为弯向物方的负光焦度的弯月型非球面透镜。
6.根据权利要求1或2或3或5所述的无反相机使用的超广角镜头，其特征在于：镜头的全画角超过110度。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115308877A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-11-08 | 广州长步道光学科技有限公司 | 一种大广角低畸变的全画幅无人机成像镜头 |
| WO2023240836A1 (en) * | 2022-06-13 | 2023-12-21 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Image-space telecentric optical lens and spectral camera comprising the same |
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2020
- 2020-11-11 CN CN202011254271.1A patent/CN112649940A/zh active Pending
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