广角镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种广角镜头及成像设备。

背景技术

目前，随着自动驾驶技术的发展以及市场需求的加剧，许多国家相继颁布了推动自动驾驶发展的相关政策，极大带动了自动驾驶相关行业的发展，而车载摄像镜头作为自动驾驶辅助系统的关键部件也将迎来较快发展。

由于汽车的应用环境复杂多变且安全性能要求较高，对搭载在自动驾驶辅助系统中的光学镜头提出了更高的要求，尤其是应用于车辆前方的镜头，不仅要有较广的视角，还要保证白天、夜晚不同光照条件下的高质量图像输出，同时还需要具有较强的环境适应性，保证镜头在高低温环境下也能保持较好的解像力。然而现有市场上的大多镜头难以满足上述要求。

发明内容

为此，本发明的目的在于提出一种孔径大、像素高且具有良好的热稳定性的广角镜头及成像设备。

本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

第一方面，本发明提供了一种广角镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；具有光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第二透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的像侧面为凸面；光阑；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凸面或平面，所述第五透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面为凹面；具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面为凸面，所述第七透镜的像侧面为凹面；其中，所述第五透镜和所述第六透镜组成粘合体；所述广角镜头至少包括一个非球面透镜。

第二方面，本发明提供一种成像设备，包括成像元件及第一方面提供的广角镜头，成像元件用于将广角镜头形成的光学图像转换为电信号。

本发明中第一透镜和第二透镜为非球面透镜，可以有效矫正镜头的场曲、畸变；第三透镜和第四透镜均为正光焦度的透镜，并且第三透镜和第四透镜分布在光阑两侧，可以有效分担光焦度，减小两个透镜的公差敏感度；同时第三透镜像侧面和第四透镜物侧面分别为凸面和凹面相对的设置，可以有效消除两个面上反射产生的鬼影；第四透镜和第五透镜选用温度折射率系数均为负值的材质，可以有效补偿温度变化导致的后焦偏移；第五透镜和第六透镜组成的粘合体且正负透镜阿贝数差值大于40，可以有效矫正色差；第七透镜为弯月形透镜，能使所述广角镜头具有更大的主光线入射角，有效缩短镜头的后焦，进而减小整个光学系统的总长度，减小镜头体积；同时第七透镜为非球面透镜，能更好的起到消除像差的效果，有效提高成像系统的解像力，使成像系统满足更高的像素要求。各个透镜均为玻璃镜片可以使得所述镜头具有较好的热稳定性能以及机械强度，利于在极端环境下工作。

相较现有技术，本发明提供的广角镜头采用七片具有特定形状及光焦度的镜片，使镜头具有较大的孔径，能够保证白天、夜晚不同光照条件下的高质量图像输出；同时镜头还具有大广角、像素高以及热稳定好的优点，能够满足车载及监控领域复杂多变环境中的成像需求。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一实施例中的广角镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中的广角镜头的轴向色差图；

图3为本发明第二实施例中的广角镜头的结构示意图；

图4为本发明第二实施例中的广角镜头的轴向色差图；

图5为本发明第三实施例中的广角镜头的结构示意图；

图6为本发明第三实施例中的广角镜头的轴向色差图；

图7为本发明第四实施例中的广角镜头的结构示意图；

图8为本发明第四实施例中的广角镜头的轴向色差图；

图9为本发明第一实施例中广角镜头在常温20℃时中心视场的离焦曲线；

图10为本发明第一实施例中广角镜头在低温-40℃时中心视场的离焦曲线；

图11为本发明第一实施例中广角镜头在高温105℃时中心视场的离焦曲线；

图12为本发明第五实施例提供的成像设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

本发明提出一种广角镜头，该广角镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及滤光片。

其中，第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

第二透镜具有光焦度，第二透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；

第三透镜具有正光焦度，第三透镜的像侧面为凸面；

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；

第五透镜具有正光焦度，第五透镜的物侧面为凸面或平面、像侧面为凸面；

第六透镜具有负光焦度，第六透镜的物侧面为凹面，且第五透镜和第六透镜组成粘合体；

第七透镜具有正光焦度，第七透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.3＜r

3＜f

其中，r

满足上述条件式（1）和（2），通过合理设置第七透镜的弯月形状及焦距，可以使所述光学系统具有较大的主光线入射角，从而减小所述光学系统的光学后焦，进而减小整个光学系统的总长度。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

-10mm/°＜r

5mm＜f

其中，r

一般的，光线在位于光阑之后的第一个镜片物侧面和像侧面的边缘光线入射角较大，导致该镜片对公差的敏感度增加，进而导致镜头组装良率低下。满足上述条件式（3）和（4），可以有效减小第四透镜的边缘光线入射角，降低第四透镜的公差敏感度，提高所述广角镜头的组装良率。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件：

1＜r

8＜f

其中，r

满足上述条件式（5）和（6），通过控制第三、四透镜间相邻面的曲率半径比值以及空气间隔，可使第三透镜像侧面和第四透镜物侧面为凸面和凹面相对的设置，可以有效消除光线在第三透镜像侧面和第四透镜物侧面之间反射形成的鬼影对拍摄画面的影响，有效提升光学系统的成像质量。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件：

-20×10

0.1＜r

其中，(dn/dt)

满足上述条件式（7）和（8），通过合理选择第四透镜和第五透镜的玻璃材料，并控制镜片的形状，可以有效地补偿温度的变化对光学系统的后焦带来的影响，有效提升广角镜头在不同温度环境下的适应性，提高相机成像的稳定性。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件：

1.2＜D

-60＜f

其中，D

满足上述条件式（9）和（10），可以保证广角镜头的光圈数不大于1.5，使镜头具有大孔径（也即大光圈）的特性，能够有效增加镜头的光通量，确保镜头在明暗变化的环境中都能输出高质量的图像。

在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜均为玻璃透镜。各个透镜均为玻璃镜片可以使得所述镜头具有较好的热稳定性能以及机械强度，利于在极端环境下工作。

在一些实施方式中，为提高镜头的解像力并有效降低镜头的垂轴色差，所述广角镜头采用多个非球面镜片，非球面镜片的使用可以更好校正镜头的像差，提高镜头的分辨率，使成像更清晰。具体地，第一透镜、第二透镜、第七透镜均为玻璃非球面透镜，第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均为玻璃球面透镜。

满足上述配置有利于保证所述广角镜头具有孔径大、总长短、像素高并且具有良好的高低温补偿的性能。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中，广角镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

本发明中各个实施例中所述广角镜头的非球面的表面形状均满足下列方程：

其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示曲面顶点的曲率，K表示二次曲面系数，h表示光轴到曲面的距离，B、C、D、E和F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数。

第一实施例

请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的广角镜头100的结构示意图，该广角镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑ST、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、滤光片G1。

第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面、像侧面S2为凹面。

第二透镜L2具有负光焦度，第二透镜的物侧面S3为凹面、像侧面S4为凸面。

第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5为凹面、像侧面S6为凸面。

第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7为凹面、像侧面S8为凸面。

第五透镜L5具有正光焦度，第五透镜的物侧面S9和像侧面均为凸面。

第六透镜L6具有负光焦度，第六透镜的物侧面和像侧面S11均为凹面，且第五透镜L5和第六透镜L6组成粘合体，第五透镜的像侧面和第六透镜的物侧面粘合形成粘合面S10。

第七透镜L7具有正光焦度，第七透镜的物侧面S12为凸面、像侧面S13为凹面。

第一透镜L1、第二透镜L2、第七透镜L7均为玻璃非球面透镜，第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6均为玻璃球面透镜。

本发明第一实施例中广角镜头100的各个镜片的相关参数如表1所示。

表1

本实施例中，广角镜头100的非球面透镜的相关参数如表2所示。

表2

如图2所示，为本实施例中广角镜头100的轴向色差曲线图，从图2可以看出，广角镜头100的轴向色差单波长最大不超过0.03mm，两个不同波长之间的差值不超过0.015mm，说明广角镜头100在光瞳边缘位置的轴向色差得到良好的矫正。

第二实施例

请参阅图3，所示为第二实施例提供的广角镜头200的结构图。本实施例当中的广角镜头200与第一实施例当中的广角镜头100大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的广角镜头200的第二透镜L2具有正光焦度，第三透镜L3的物侧面S5为平面（平面可视为曲率半径为无穷大的球面），以及各透镜的曲率半径、镜片间间距以及材料选择不同；其中，将第三透镜的物侧面S5设置为平面能够使系统的公差更好，且平面易于加工，良率高，便于生产。

本实施例提供的广角镜头200的各个透镜的相关参数如表3所示。

表3

本实施例的广角镜头200的非球面透镜的相关参数如表4所示。

表4

如图4所示，为本实施例中广角镜头200的轴向色差曲线图，从图4可以看出，广角镜头200的轴向色差单波长最大不超过0.03mm，两个不同波长之间的差值不超过0.02mm，说明广角镜头200在光瞳边缘位置的轴向色差得到良好的矫正。

第三实施例

请参阅图5，所示为第三实施例提供的广角镜头300的结构图。本实施例当中的广角镜头300与第一实施例当中的广角镜头100大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的广角镜头300的第二透镜L2具有正光焦度，第三透镜L3的物侧面S5为凸面，第五透镜L5的物侧面S9为平面，第六透镜L6的像侧面S11为平面，以及各透镜的曲率半径、镜片间间距以及材料选择不同。平面的设置使镜头的加工成本得到大幅降低，且有效改善了系统的公差，可加工性更好。

本实施例提供的广角镜头300的各个透镜的相关参数如表5所示。

表5

本实施例的广角镜头300的非球面透镜的相关参数如表6所示。

表6

如图6所示，为本实施例中广角镜头300的轴向色差曲线图，从图6可以看出，广角镜头300的轴向色差单波长最大不超过0.03mm，两个不同波长之间的差值不超过0.025mm，说明广角镜头300在光瞳边缘位置的轴向色差得到良好的矫正。

第四实施例

请参阅图7，所示为第四实施例提供的一种广角镜头400的结构图。本实施例当中的广角镜头400与第一实施例当中的广角镜头100大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的广角镜头400的第二透镜L2具有正光焦度，第三透镜L3的物侧面S5为凸面，第六透镜L6的像侧面S11为凸面，以及各透镜的曲率半径、镜片间间距以及材料选择不同。

本实施例提供的广角镜头400的各个透镜的相关参数如表7所示。

表7

本实施例的广角镜头400的非球面透镜的相关参数如表8所示。

表8

如图8所示，为本实施例中广角镜头400的轴向色差曲线图，从图8可以看出，广角镜头400的轴向色差单波长最大不超过0.03mm，两个不同波长之间的差值不超过0.03mm，说明广角镜头400在光瞳边缘位置的轴向色差得到良好的矫正。

进一步地，本发明实施例提供的广角镜头可以有效的矫正温度变化导致的光学后焦偏移和解像力下降的问题。以所述第一实施例提供的广角镜头100为例，如图9、图10和图11所示，为本发明第一实施例提供的广角镜头100分别在常温20℃、低温-40℃以及高温105℃时的中心视场的离焦曲线，从图中可以看出：以常温20℃为基准，所述广角镜头100在低温-40℃时镜头的离焦在中心峰值位置仅偏移约1.2μm，且中心峰值MTF变化量小于1%；在高温105℃时镜头的离焦在中心峰值位置仅偏移约1.5μm，且中心峰值MTF变化量小于2%。其它实施例中所提供的广角镜头在高低温条件下的离焦偏移量以及MTF变化量也较小，由此可以看出本发明实施例所提供的广角镜头可以很好的矫正温度带来的后焦偏移，且MTF变化量较小，有效保证了镜头在高低温环境下的成像质量，大幅提高了镜头的热稳定性。

表9是上述四个实施例对应的光学特性，包括视场角2θ、光圈数F#和光学总长TTL，以及与前面每个条件式对应的数值。

表9

综合上述实施例，本发明所述广角镜头均达到了以下的光学指标：(1)视场角：2θ≥130°；(2)光学总长：TTL<22mm；(3)光圈数：F#≤1.5；(3)适用光谱范围为：400nm～700nm。

本发明提供的广角镜头中，第一透镜和第二透镜为非球面透镜，可以有效矫正镜头的场曲、畸变；第三透镜和第四透镜均为正光焦度的透镜，并且第三透镜和第四透镜分布在光阑两侧，可以有效分担光焦度，减小两个透镜的公差敏感度；同时第三透镜像侧面和第四透镜物侧面分别为凸面和凹面相对的设置，可以有效消除两个面上反射产生的鬼影；第四透镜和第五透镜选用温度折射率系数均为负值的材质，可以有效补偿温度变化导致的后焦偏移；第五透镜和第六透镜组成的粘合体且正负透镜阿贝数差值大于40，可以有效矫正色差；第七透镜为弯月形透镜，能使所述广角镜头具有更大的主光线入射角，有效缩短镜头的后焦，进而减小整个光学系统的总长度，减小镜头体积；同时第七透镜为非球面透镜，能更好的起到消除像差的效果，有效提高成像系统的解像力，使成像系统满足更高的像素要求。各个透镜均为玻璃镜片可以使得所述镜头具有较好的热稳定性能以及机械强度，利于在极端环境下工作。

第五实施例

请参阅图12，所示为本发明第五实施例提供的成像设备500，该成像设备500可以包括成像元件510和上述任一实施例中的广角镜头（例如广角镜头100）。成像元件510可以是CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补性金属氧化物半导体）图像传感器，还可以是CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）图像传感器。

该成像设备500可以是车载摄像设备、全景相机、无人机以及其它任意一种形态的装载了上述广角镜头的电子设备。

本申请实施例提供的成像设备500包括广角镜头100，由于广角镜头100具有孔径大、像素高且具有良好的热稳定性的优点，具有该广角镜头100的成像设备500也具有孔径大、像素高且具有良好的热稳定性的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。