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CN110673311B - 一种超广角低畸变镜头 - Google Patents

一种超广角低畸变镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超广角低畸变镜头，包括镜头主体，所述镜头主体从物面到像面依次包括具有负焦距的第一玻璃弯月透镜，具有负焦距的第二透镜，具有正焦距的第三透镜，具有正焦距的第四透镜，具有负焦距的第五透镜，具有正焦距的第六透镜，滤波片和感光片，所述具有负焦距的第一玻璃弯月透镜靠近物测的表面曲率半径为R1，所述镜头主体整体焦距为F，所述镜头主体的全像高为H，满足关系式：R1/H＜3.7，F/H＜0.33。本发明使用方便快捷，可实现畸变小，同样的水平视场角下，总体畸变控制在‑13％以内，采用塑料镜片替代玻璃镜片，减轻重量，便于携带。

Description

一种超广角低畸变镜头
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，特别涉及一种超广角低畸变镜头。
背景技术
近几年来，随着摄像镜头的应用范围越来越广泛，例如，警察执法仪、边防监控镜头等，但是，现有的执法仪、边防监控镜头普遍存在这样的缺点：视角不够大、光圈小、外形尺寸却很大，使用时显得体积较大，占用空间较多。一般取像镜头为了要有广视角的效果，光学畸变量会很大，如此画面边缘的景物容易被压缩，导致使用者观看到变形的物体。因此，为了避免边缘物体严重变形的问题产生，通常会采用视角较窄的镜头设计。因此，目前需要一种能兼顾广视角及低压缩变形，且能提供较低的制造成本及较佳的成像品质的取像镜头设计。
现有的镜头畸变太大，达25％。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种超广角低畸变镜头，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种超广角低畸变镜头，包括镜头主体，所述镜头主体从物面到像面依次包括具有负焦距的第一玻璃弯月透镜，具有负焦距的第二透镜，具有正焦距的第三透镜，具有正焦距的第四透镜，具有负焦距的第五透镜，具有正焦距的第六透镜，滤波片和感光片，所述具有负焦距的第一玻璃弯月透镜靠近物测的表面曲率半径为R1，所述镜头主体整体焦距为F，所述镜头主体的全像高为H，满足关系式：R1/H＜3.7，F/H＜0.33。
优选的，所述具有负焦距的第二透镜为弯月型塑胶非球面透镜。
优选的，所述具有正焦距的第三透镜为双凸型玻璃球面透镜。
优选的，所述具有正焦距的第四透镜为双凸型塑胶非球面透镜。
优选的，所述具有负焦距的第五透镜为弯月型塑胶非球面透镜。
优选的，所述具有正焦距的第六透镜为双凸型塑胶非球面透镜。
优选的，所述具有负焦距的第一玻璃弯月透镜朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凹面；所述具有负焦距的第二透镜朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凹面；所述具有负焦距的第五透镜朝向物面的表面为凹面，且朝向像面的表面为凸面。
优选的，所述具有正焦距的第三透镜的折射率满足：nd3＞1.84。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该一种超广角低畸变镜头，畸变小，同样的水平视场角下，总体畸变控制在-13％以内，采用塑料镜片替代玻璃镜片，减轻重量，便于携带。
附图说明
图1为本发明一种超广角低畸变镜头的透镜示意图。
图2为本发明一种超广角低畸变镜头可见光的解析图。
图3为本发明一种超广角低畸变镜头850nm红外光的解析图。
图4为本发明一种超广角低畸变镜头的Spot图。
图5为本发明一种超广角低畸变镜头的场曲图。
图6为本发明一种超广角低畸变镜头的畸变图。
图中：1、具有负焦距的第一玻璃弯月透镜；2、具有负焦距的第二透镜；3、具有正焦距的第三透镜；4、具有正焦距的第四透镜；5、具有负焦距的第五透镜；6、具有正焦距的第六透镜；7、滤波片；8、感光片；9、镜头主体。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-6所示，一种超广角低畸变镜头，包括镜头主体9，镜头主体9从物面到像面依次包括具有负焦距的第一玻璃弯月透镜1，具有负焦距的第二透镜2，具有正焦距的第三透镜3，具有正焦距的第四透镜4，具有负焦距的第五透镜5，具有正焦距的第六透镜6，滤波片7和感光片8，具有负焦距的第一玻璃弯月透镜1靠近物测的表面曲率半径为R1，镜头主体9整体焦距为F，镜头主体9的全像高为H，满足关系式：R1/H＜3.7，F/H＜0.33。
具有负焦距的第二透镜2为弯月型塑胶非球面透镜；具有正焦距的第三透镜3为双凸型玻璃球面透镜；具有正焦距的第四透镜4为双凸型塑胶非球面透镜；具有负焦距的第五透镜5为弯月型塑胶非球面透镜；具有正焦距的第六透镜6为双凸型塑胶非球面透镜；具有负焦距的第一玻璃弯月透镜1朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凹面；具有负焦距的第二透镜2朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凹面；具有负焦距的第五透镜5朝向物面的表面为凹面，且朝向像面的表面为凸面；具有正焦距的第三透镜3的折射率满足：nd3＞1.84。
需要说明的是，本发明为一种超广角低畸变镜头，使用时，在工作距离为无穷远时，超广角低畸变镜头的总焦距f＝1.95mm，FNO＝2.0，水平视场角FOV＝111°，镜头总长TTL＝16.3mm，可匹配400万像素芯片，全视场像高6.17mm，透镜组的各项参数依次列于表1中：
表1
注：表一提供的光学系统镜面序号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5、6依次代表透镜3沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号7、8依次代表透镜4沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号9、10依次代表透镜5沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号11、12依次代表透镜6沿光线入射方向的两个镜面。
由表1可得
具有负焦距的第一玻璃弯月透镜1靠近物测的表面曲率半径R1为22.502602，
R1/H＝22.502602/6.17＝3.64＜3.7，
F/H＝1.95/6.17＝0.316＜0.33，
Nd3＝1.850136，
均满足要求；
此外，本专利实施例中，具有负焦距的第二透镜2的表面S3和S4、具有正焦距的第四透镜4的表面S7和S8为非球面，具有负焦距的第五透镜5的表面S9和S10为非球面，具有正焦距的第六透镜6的表面S11和S12为非球面，其非球面相关数值依次列于表2：
表2
在本专利实施例上述表格中，Index为折射率，Radius为曲率半径，具有负焦距的第一玻璃弯月透镜1～具有正焦距的第六透镜6依次的焦距为f1～f6,实施例所提供的镜头在于提供一种超广角、小畸变高分辨率、轻便以及低成本的镜头，以克服现有技术中的不足之处。采用六片透镜，首枚镜片使用玻璃材质，具有耐磨抗刮耐酸碱腐蚀等特点，其中四片透镜采用塑胶材质的非球面透镜，有效降低镜头重量及制造成本，提高了产品竞争力；通过合理的使用塑料非球面镜片及限定每个透镜的光焦度，有效的改善了广角镜头的畸变，提高了摄像的效果。本专利兼顾大视场角、低畸变、高分辨率以及低成本的特点，以克服现有技术中的不足之处。
图2图3为实施例20摄氏度时MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)值图，该MTF值图基于表1中参数，光学镜头最看重的分辨率等品质的测量，定义MTF值必定大于0，且小于1，在本技术领域MTF值越接近1，说明镜头的性能越优异，即分辨率高；其变量为空间频率，空间频率即以一个mm的范围内能呈现出多少条线来度量，其单位以lp/mm来表示；固定高频(如250lp/mm)曲线代表镜头分辨率特性，这条曲线越高，镜头分辨率越高，纵坐标是MTF值。横坐标可以设像场中心到测量点的距离，镜头是以光轴为中心的对称结构，中心向各方向的成像素质变化规律是相同的，由于像差等因素的影响，像场中某点与像场中心的距离越远，其MTF值一般呈下降的趋势。因此以像场中心到像场边缘的距离为横坐标，可以反映镜头边缘的成像素质。
另外，在偏离像场中心的位置，由沿切线方向的线条与沿径向方向的线条的正弦光栅所测得的MTF值是不同的。将平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线，标为S(Sagittal)，而将平行于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线，标为T(eridional)。如此一来，MTF曲线一般有两条，即S曲线和T曲线，图2、图3中，有多组以像场中心到像场边缘MTF变化曲线，反映出本透镜系统具有较高解像力，可达500万像素，光学性能较目前主流光学系统有极大地提升。
图4为光学镜头对应的点列图，其质心半径及几何半径如图所示，可实现良好的成像品质。
透镜系统可见光部分对应的场曲图由三条曲线T和三条曲线S构成；其中，三条曲线T分别表示三种波长(486nm、587nm和656nm)对应的子午光束(Tangential Rays)的像差，三条曲线S分别表示三种波长(486nm、587nm和656nm)对应的弧矢光束(Sagittial Rays)的像差，子午场曲值和弧矢场曲值越小，说明成像品质越好。如图5所示，子午场曲值控制在-0.02～0.02mm范围内，弧矢场曲值控制在-0.02～0.02mm范围以内。
综述，本发明的一种超广角低畸变镜头，超广角、小畸变高分辨率、轻便以及低成本的镜头，以克服现有技术中的不足之处。采用六片透镜，首枚镜片使用玻璃材质，具有耐磨抗刮耐酸碱腐蚀等特点，其中四片透镜采用塑胶材质的非球面透镜，有效降低镜头重量及制造成本，提高了产品竞争力；通过合理的使用塑料非球面镜片及限定每个透镜的光焦度，有效的改善了广角镜头的畸变，提高了摄像的效果。本专利兼顾大视场角、低畸变、高分辨率以及低成本的特点，以克服现有技术中的不足之处。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种超广角低畸变镜头，包括镜头主体(9)，其特征在于：所述镜头主体(9)镜片数量为六片，从物面到像面依次包括具有负焦距的第一玻璃弯月透镜(1)，具有负焦距的第二透镜(2)，具有正焦距的第三透镜(3)，具有正焦距的第四透镜(4)，具有负焦距的第五透镜(5)，具有正焦距的第六透镜(6)，滤波片(7)和感光片(8)，所述具有负焦距的第一玻璃弯月透镜(1)靠近物测的表面曲率半径为R1，所述镜头主体(9)整体焦距为F，F＝1.95mm，所述镜头主体(9)的全像高为H，满足关系式：R1/H＜3.7，F/H＜0.33；
所述具有负焦距的第一玻璃弯月透镜(1)朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凹面；所述具有负焦距的第二透镜(2)朝向物面的表面为凸面，且朝向像面的表面为凹面；所述具有负焦距的第五透镜(5)朝向物面的表面为凹面，且朝向像面的表面为凸面；
所述具有负焦距的第二透镜(2)为弯月型塑胶非球面透镜；所述具有正焦距的第三透镜(3)为双凸型玻璃球面透镜；所述具有正焦距的第四透镜(4)为双凸型塑胶非球面透镜；所述具有负焦距的第五透镜(5)为弯月型塑胶非球面透镜；所述具有正焦距的第六透镜(6)为双凸型塑胶非球面透镜。
2.根据权利要求1所述的一种超广角低畸变镜头，其特征在于：所述具有正焦距的第三透镜(3)的折射率满足：nd3＞1.84。
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