广角镜头及成像设备的制作方法

1.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：

2.随着图像传感芯片技术的发展，对图像和视频的质量要求更高，而移动互联的发展，使照片和影像能够通过网络分享的方式来记录生活中的点点滴滴，摄取面也更广，从而使广角镜头受到更大的青睐。无论是平时手机摄像，智能门铃，还是volg应用，都需要更广的视角，记录更多的信息。
3.目前的广角镜头普遍存在较大的畸变，一般情况下广角镜头会呈现出桶形畸变。由于广角镜头的焦距较短，周边光线进入会有较大的压缩变形。当然广角镜头有其独特的视角和包围感，但对于平变化的背景确显得严重失真。想克服广角镜头的畸变是一个难题，在矫正畸变的同时，会带来更多的像差，所以往往需要加入更多片镜片校正像差。
4.芯片的发展也走向两个不同的方向，一个是大靶面芯片，其有良好的通光量，非常适合品质较高的图像处理需求。在相同光线条件下，其得到的光信息更多，像质表现更好，后期处理信息量更大。但同时带来的弊端是产品体积和重量偏大。二是芯片的小型化，优势在于整体模组的体积重量减小很多，使得成品便携性能提高。当然不同的需求会带来不同的用户体验。


技术实现要素：

5.为此，本发明的目的在于提供一种成像品质高、畸变小的广角镜头及成像设备，用于解决上述广角镜头畸变较大的问题，同时所述广角镜头能够适用于大、小芯片不同的方案。
6.本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。
7.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；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面或在近光轴处为凹面，所述第二透镜的像侧面为凹面；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；光阑；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面和像侧面均为凹面；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在近光轴处为凸面。
8.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。
9.相较现有技术，本发明提供的广角镜头及成像设备，采用7片具有特定光焦度的镜片，并且采用特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，在满足镜头高低温环境下高像质的同时还有效减小了镜头的重量和成本；镜头的成像面较大，能够匹配2/3英寸以及1英寸
以上大靶面cmos芯片的内接圆成像需求；镜头的畸变较小，可以减小相机软件对图像拉伸处理后像质变差的影响，也可快速匹配其他芯片和模组。本发明提供的广角镜头满足了市场对大靶面芯片和高清晰成像的相机的使用需求。同时如果对整体的镜片结构进行缩小及调整，也能够适用于尺寸较小的芯片使用。
附图说明
10.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的广角镜头的结构示意图；图2为本发明第一实施例的广角镜头的垂轴色差曲线图；图3为本发明第一实施例的广角镜头的场曲曲线图；图4为本发明第一实施例的广角镜头的畸变曲线图；图5为本发明第二实施例的广角镜头的结构示意图；图6为本发明第二实施例的广角镜头的垂轴色差曲线图；图7为本发明第二实施例的广角镜头的场曲曲线图；图8为本发明第二实施例的广角镜头的畸变曲线图；图9为本发明第三实施例的广角镜头的结构示意图；图10为本发明第三实施例的广角镜头的垂轴色差曲线图；图11为本发明第三实施例的广角镜头的场曲曲线图；图12为本发明第三实施例的广角镜头的畸变曲线图；图13为本发明第四实施例的成像设备的结构示意图。
具体实施方式
11.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。
12.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。
13.本发明提出一种广角镜头，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、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜、滤光片，且各个透镜的光学中心位于同一直线上。
14.其中，第一透镜为具有负光焦度的弯月型透镜，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜为具有负光焦度的弯月型透镜，第二透镜的物侧面为凸面或在近光轴处为凹面，第二透镜的像侧面为凹面；第三透镜为具有负光焦度的弯月型透镜，第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；
第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜，第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；第五透镜为具有正光焦度的双凸透镜，第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；第六透镜为具有负光焦度的双凹镜片，第六透镜的物侧面和像侧面均为凹面；第七透镜为具有正光焦度的双凸透镜，第七透镜的物侧面为凸面，第七透镜的像侧面在近光轴处为凸面。
15.为使镜头具有更高的成像品质以及良好的热稳定性，所述广角镜头中采用玻塑混合透镜搭配，具体地，所述第一透镜、所述第四透镜为玻璃球面镜片，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜均为塑胶非球面镜片，所述第五透镜、所述第六透镜可以为玻璃镜片也可以为塑料镜片。
16.在一些实施方式中，为减小镜头体积、降低镜头的模具价格和降低工艺难度，所述广角镜头的第五透镜和第六透镜采用玻璃球面镜片，且第五透镜和第六透镜可以组成胶合透镜组。
17.在一些实施方式中，光阑可以为中心设有通光孔的遮光纸，并且光阑的通光口径小于隔圈，以保证镜头的通光量由光阑的通光孔径决定。光阑设置于第四透镜和第五透镜之间，可以提高广角镜头的视场角并能更好的配合芯片的入射角度；采用中心设有通光孔的遮光纸作为光阑，可以降低镜筒通光孔的要求，使镜筒通光孔的成型难度下降，提高了生产率，降低了生产成本。
18.所述第七透镜后设有红外光截止的滤光片。红外截止滤光片有效截止红外光通过，增加可见光的作用效果，减少色差和杂光，提升成像效果。
19.具体地，所述广角镜头中的非球面透镜的面型形状满足以下方程：其中，z表示曲面与曲面顶点在光轴方向的距离，c为半径所对应的曲率，h为径向坐标（其单位和透镜长度单位相同），k为圆锥二次曲线系数。当k小于
‑
1时面形曲线为双曲线，等于
‑
1时为抛物线，介于
‑
1到0之间时为椭圆，等于0时为圆形，大于0时为扁圆形。b、c、d、e、f分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶径向坐标所对应的系数。通过以上参数可以精确设定透镜前后两面非球面的面型尺寸。非球面形状满足偶次非球面方程，利用不同的非球面系数，使非球面在系统中的作用发挥到最大，得到更加完善的解像力。
20.在一些实施方式中，为限制系统的总长，并确保系统具有足够好的成像品质，所述广角镜头满足条件式：7<ttl/(f
×
tanθ)<9；其中，ttl表示所述广角镜头的光学总长，f表示所述广角镜头的焦距，θ表示所述广角镜头的半视场角，单位：弧度。当ttl/(f
×
tanθ)的值超过上限时，整体镜头的总长偏长，难以满足小型化的需求，或者说总长足够小的情况下靶面过小，难以匹配更大的芯片；当ttl/(f
×
tanθ)的值超过下限时，由于各透镜的光焦度过大，镜头像差矫正困难，解像能力显著下降。
21.在一些实施方式中，为在良好的矫正像差的同时提供合适的镜头尺寸，所述广角镜头满足以下条件式：
‑
0.72＜φ123/φ＜
‑
0.58；
其中，φ123表示第一透镜、第二透镜、第三透镜的组合光焦度，φ表示所述广角镜头的光焦度。当φ123/φ的值超过上限时，第一透镜、第二透镜和第三透镜的组合光焦度过强，虽然能够达到快速收敛光线的目的，可使系统总长变小，但其产生的各种像差过大，很难矫正，同时其镜片的曲率增大，提高加工难度，并增大系统误差；当φ123/φ的值超过下限时，第一透镜、第二透镜和第三透镜的组合光焦度减弱，上述各种像差相对减小，但其屈光能力下降导致系统总长加大。
22.在一些实施方式中，为保证镜头在高低温环境中均具有稳定清晰的成像能力，降低由温度变化带来的后焦变化量，所述广角镜头满足以下条件式：0.6＜φ4/φ5＜1.0；其中，φ4表示第四透镜的光焦度，φ5表示第五透镜的光焦度。当φ4/φ5的值超过上限或低于下限时，第四透镜或第五透镜的光焦度占比过大，导致产生的像差过大，其他镜片再校正难度加大。
23.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：1.7＜dt4/dt7＜2.1；其中，dt4表示第四透镜的有效口径，dt7表示第七透镜的有效口径。当dt4过大时，不利于球差和场曲的校正，过小则不利于加工和组装；dt7过大时不利于系统像差的校正，dt7过小则使系统后焦过大cra过大。
24.在一些实施方式中，为了更好地校正色差，所述广角镜头满足以下条件式：25＜|vd2
‑
vd3|＜40；25＜|vd5
‑
vd6|＜40；其中，vd2表示第二透镜的阿贝数，vd3表示第三透镜的阿贝数，vd5表示第五透镜的阿贝数，vd6表示第六透镜的阿贝数。
25.阿贝数用以表示透明介质色散能力的指数。一般来说，透镜的阿贝数越小，色散越严重；反之，透镜的阿贝数越大，色散越轻微。一般来说正负透镜产生的色差可以相互补偿，但要选择合适的阿贝数差值。当|vd2
‑
vd3|或|vd5
‑
vd6|的值超过下限时，会使系统的色差矫正不足；当|vd2
‑
vd3|和|vd5
‑
vd6|的值超过上限时，局部色差校正过大，并且会出现材料选择困难。
26.在一些实施方式中，为了更好的校正色差，所述广角镜头满足以下条件式：0.6＜ct5/ct7＜1.2；其中，ct5表示第五透镜的中心厚度，ct7表示第七透镜的中心厚度。当ct5/ct7的值超过下限时，色差影响过大，导致其它镜片的选择困难和整体系统的色差校正困难；当ct5/ct7的值超过上限时，会使第五透镜及第七透镜的加工较为困难。
27.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：2.3<d/f<2.7；其中，d表示所述广角镜头的像面大小，f表示所述广角镜头的焦距。满足上述条件式，能够使镜头拥有较大的像面及可视角度，同时还具有较小的畸变，可以减小相机软件对图像拉伸处理后像质变差的影响。
28.在一些实施方式中，为了匹配市场上常规的高像素芯片，所述广角镜头满足以下条件式：
20
°
＜cra＜35
°
；其中，cra表示在最大视场角时所述广角镜头的主光线入射到成像面的入射角度。cra控制在上述范围内，可以更好地匹配市场上常规的大cra芯片成像需求。
29.在一些实施方式中，为了满足成像无变形，所述广角镜头满足以下条件式：0.98<ih/(f
×
tanθ)<1.02；其中，f表示所述广角镜头的焦距，θ表示所述广角镜头的半视场角，ih表示所述广角镜头的半视场角对应的像高。当ih/(f
×
tanθ)的值超过1.02或者小于0.98时，则可能产生目视可见的成像变形，需要模组或产品端做像质调整，增加主机像质处理负担，并且通过算法等手段追加畸变校正后可能会对整个像面的成像质量造成一定的影响。满足上述条件式，表明所述镜头不仅具有较大的视场角，而且可以保证系统成像无变形，具有更好的成像质量。
30.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：1<r5/f<20；1<(r5 r6)/(r5
‑
r6)<7；其中，f表示所述广角镜头的焦距，r5表示第三透镜的物侧面的曲率半径，r6表示第三透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式，可以设置第三透镜为凹面朝向像侧面的负弯月型透镜，能有效减小镜头的场曲和畸变，使镜头拥有更高的解像能力。
31.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。
32.第一实施例请参阅图1，所示为本发明第一实施例中提供的广角镜头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、第四透镜l4、光阑st、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7和滤光片g1，各个透镜的光学中心位于同一直线上。
33.其中，第一透镜l1具有负光焦度，第一透镜的物侧面s1为凸面，第一透镜的像侧面s2为凹面；第二透镜l2具有负光焦度，第二透镜的物侧面s3为凸面，第二透镜的像侧面s4为凹面；第三透镜l3具有负光焦度，第三透镜的物侧面s5在近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面s6为凹面；第四透镜l4具有正光焦度，第四透镜的物侧面s7和像侧面s8均为凸面；第五透镜l5具有正光焦度，第五透镜的物侧面s9和像侧面s10均为凸面；第六透镜l6具有负光焦度，第六透镜的物侧面s11和像侧面s12均为凹面；第七透镜l7具有正光焦度，第七透镜的物侧面s13为凸面，第七透镜的像侧面s14在近光轴处为凸面；其中，第一透镜l1、第四透镜l4均为玻璃球面镜片，第二透镜l2、第三透镜l3、第五
透镜l5、第六透镜l6以及第七透镜l7均为塑胶非球面镜片。
34.请参阅表1，所示为本实施例当中的广角镜头100的各个镜片的相关参数。
35.表1请参阅表2，所示为本实施例当中的所述广角镜头100的非球面的相关参数。
36.表2请参阅图2、图3和图4，所示分别为本发明第一实施例提供的广角镜头100垂轴色差曲线图、场曲曲线图、畸变曲线图；由图2可以看出，垂轴色差的偏移量控制在
±
2微米以内；由图3可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在
±
0.05毫米以内，从图4中可以看出，光学畸变控制在
±
2%以内，说明广角镜头100的场曲、畸变和垂轴色差都被良好矫正。
37.第二实施例请参阅图5，为第二实施例提供的广角镜头200的结构示意图。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，各个镜片的相关参数与第一实施例当中的广角镜头100的各个镜片的相关参数存在差异；本实施当中的第二透镜的物侧面s3在近光轴处为凹面，以及第五透镜l5和第六透镜l6组成胶合透镜且均为玻
璃球面镜片。
38.请参阅表3，所示为本实施例当中的广角镜头200的各个镜片的相关参数。
39.表3请参阅表4，所示为本实施例当中的广角镜头200的非球面的相关参数。
40.表4请参阅图6、图7和图8，所示分别为本发明第二实施例提供的广角镜头200垂轴色差曲线图、场曲曲线图、畸变曲线图；由图6可以看出，垂轴色差的偏移量控制在
±
2微米以内；由图7可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在
±
0.05毫米以内，从图8中可以看出，光学畸变控制在
±
2%以内，说明广角镜头200的场曲、畸变和垂轴色差都被良好矫正。
41.第三实施例请参阅图9，为第三实施例提供的广角镜头300的结构示意图。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，各个镜片的相关参数与第一实施例当中的广角镜头100的各个镜片的相关参数存在差异，本实施当中的第二透镜的物侧面s3在近光轴处为凹面。
42.请参阅表5，所示为本实施例当中的广角镜头300的各个镜片的相关参数。
43.表5
请参阅表6，所示为本实施例当中的广角镜头300的非球面的相关参数。
44.表6请参阅图10、图11和图12，所示分别为本发明第一实施例提供的广角镜头300垂轴色差曲线图、场曲曲线图、畸变曲线图；由图10可以看出，垂轴色差的偏移量控制在
±
4微米以内；由图11可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在
±
0.05毫米以内，从图12中可以看出，光学畸变控制在
±
2%以内，说明广角镜头300的场曲、畸变和垂轴色差都被良好矫正。
45.请参阅表7，为上述3个实施例当中各实施例提供的广角镜头对应的光学特性，包括广角镜头的焦距f、光圈数f#、和光学总长ttl，同时还包括上述条件式当中每个条件式对应的相关数值。
46.表7
综上，本发明实施例提供的广角镜头具有以下的优点：（1）本发明的广角镜头采用3~5片塑料非球面镜片，有效减小了镜头的整体长度和重量，实现了镜头的小体积和轻量化；（2）本发明第一透镜采用玻璃镜片，提高了镜头的抗刮花能力和抗冲击力；（3）本发明第四透镜采用玻璃镜片，提高了镜头在高低温环境中成像的稳定性；（4）本发明的广角镜头成像清晰，锐利度高，在大角度时仍保持较高的解像水平，可匹配1000万以上像素的成像芯片实现高清成像；（5）本发明的广角镜头视场角大，可达到103
°
以上，同时具有较小的畸变，可以减小相机软件对图像拉伸处理后像质变差的影响，也可快速匹配其他芯片和模组；（6）本发明采用了低色散玻璃材料，可有效减小色差，提高成像品质。
47.第四实施例请参阅图13，所示为本发明第四实施例提供的成像设备400，该成像设备400可以包括成像元件410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410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。
48.该成像设备400可以是手机、相机、平板电脑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。
49.本技术实施例提供的成像设备400包括广角镜头100，由于广角镜头100具有成像品质高、畸变小的优点，具有该广角镜头100的成像设备400也具有成像品质高、畸变小的优点。
50.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。
51.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。