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.随着经济建设的不断加深，人民经济水平和富足程度不断提升，人们对新事物的购买兴趣也越来越大。广角镜头从最初单一像素发展到现在镜头成像多样化。其中，广角镜头因其拍摄范围广、景深大以及焦距短等优点被广泛应用于手机、车载、安防、无人机等诸多领域，拥有广阔的市场前景。
3.目前，市场上的广角镜头多由4片或4片以上的镜片组成，不仅成本较高，减缓了市场推广速率，而且光学畸变多在15%以上，拍摄或监控成像时画面周围会产生较大幅度的失真现象，极大地影响了消费者的使用体验。


技术实现要素：

4.为此，本发明的目的在于提供一种广角镜头及成像设备，具有大广角、小畸变的优点，以满足消费者的摄像需求。
5.本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。
6.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在近光轴处为凹面，所述第一透镜的像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；其中，所述广角镜头满足以下条件式：118
°
《fov《120
°
；4.5%《|dis|《 5.0%；其中，fov表示所述广角镜头对角线方向的最大视场角，dis表示所述广角镜头1.0视场内的最大光学畸变。
7.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。
8.相较现有技术，本发明提供的广角镜头及成像设备，仅由3片具有特定光焦度和特定形状的非球面塑胶镜片组成，且该广角镜头在满足对角线方向fov》110
°
的同时，畸变的数值也能控制在5%以内，有效地减小了广角镜头拍照时画面四周变形失真的幅度，也降低了广角镜头的成本。另外，本发明提供的广角镜头可以搭配未来市场主流的大像素的成像芯片，使该广角镜头在昏暗环境或阳光下工作时可获得更高的亮度，从而使拍摄效果更加清晰，进一步加强了本发明提供的广角镜头的市场竞争力。
附图说明
9.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场曲曲线图；图3为本发明第一实施例的广角镜头的畸变曲线图；图4为本发明第一实施例的广角镜头的轴上点球差色差曲线图；图5为本发明第一实施例的广角镜头的横向色差曲线图；图6为本发明第二实施例的广角镜头的结构示意图；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为本发明第二实施例的广角镜头的轴上点球差色差曲线图；图10为本发明第二实施例的广角镜头的横向色差曲线图；图11为本发明第三实施例的广角镜头的结构示意图；图12为本发明第三实施例的广角镜头的场曲曲线图；图13为本发明第三实施例的广角镜头的畸变曲线图；图14为本发明第三实施例的广角镜头的轴上点球差色差曲线图；图15为本发明第三实施例的广角镜头的横向色差曲线图；图16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
10.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。
11.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。
12.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、光阑、第二透镜、第三透镜和滤光片。
13.其中，第一透镜具有负光焦度的，第一透镜的物侧面在近光轴处为凹面，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凸面；第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凸面。
14.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：118
°
《fov《120
°
；（1）4.5%《|dis|《 5.0%；（2）其中，fov表示所述广角镜头对角线方向的最大视场角，dis表示所述广角镜头1.0视场内的最大光学畸变。满足条件式（1）和（2），有利于广角镜头拍摄成像时有更大范围的成像空间且减小了周围画面变形失真的幅度，增强了所述广角镜头的市场竞争力。若超出条件式（1），则广角镜头成像范围会减小，成像画面的空间感会减弱；若超出条件式（2），则会加大广角镜头成像时画面周围变形失真的幅度。
15.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：
1.16《d1/2*ih 《1.23 ；（3）其中，d1表示所述第一透镜的有效直径，ih表示所述广角镜头的半像高。满足条件式（3），可以控制第一透镜的口径，有利于视场角的提升，增大广角镜头的成像范围。
16.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：-2.59《f1/ f《
ꢀ‑
1.83；（4）其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距。满足条件式（4），可以控制第一透镜的形状，有利于减小外围像差的矫正及畸变，从而提升所述广角镜头的成像质量。
17.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：0.25《bfl/ ttl《 0.38；（5）其中，bfl表示所述广角镜头中的光学后焦，ttl表示所述广角镜头的光学总长。满足条件式（5），可以使所述广角镜头的光学后焦较大，有利于减少镜片与成像芯片间的干涉，从而降低cra的矫正难度。
18.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：0.27《 ct12/ttl《0.32；（6）其中，ct12表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间隙，ttl表示所述广角镜头的光学总长。满足条件式（6），可以合理地控制第一透镜与第二透镜之间的距离，有利于减缓光线偏折的趋势，从而降低整个光学系统的敏感性，提升广角镜头组装的良率。
19.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：-0.85《 f2/f3 《
ꢀ‑
0.48 ；（7）其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距。满足条件式（7），可以合理分配第二透镜和第三透镜的光焦度，从而合理地调整光线偏折趋势，有利于平衡镜头总长和成像质量的关系。
20.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：-3.56《 sag21/r21 sag22/r22《-2.47；（8）其中，sag21表示所述第二透镜物侧面的矢高，sag22表示所述第二透镜像侧面的矢高，r21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，r22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。满足条件式（8），可以合理控制第二透镜的形状，使其承担主要的正光焦度，加快光线的偏折趋势，有利于广角镜头总长的缩短。
21.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：-0.87《 (sag31-sag32)/ct3 《-0.82；（9）其中，sag31表示所述第三透镜物侧面的矢高，sag32表示所述第三透镜像侧面的矢高，ct3表示所述第三透镜的中心厚度。满足条件式（9），可以通过调整第三透镜的形状，以此来调整外围光线的像差，有利于提升广角镜头的解像力。
22.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：2.36《d1/d3《2.86；（10）其中，d1表示所述第一透镜的有效直径，d3表示所述第三透镜的有效直径。满足条件式（10），可以合理控制广角镜头头部和底部之间的高度落差，有利于降低广角镜头的组装生产的难度。
23.在一些实施方式中，所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜可均为玻璃镜片或均为塑胶镜片，或者也可以是塑胶镜片和玻璃镜片的组合。
24.在一些实施方式中，所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜均为塑胶非球面镜片。通过采用非球面镜片，可使广角镜头具有更好的成像质量，结构更为紧凑，光学总长更短。
25.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。
26.在本发明各个实施例中，各个透镜的非球面面型均满足如下方程式：其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为二次曲面系数，a
2i
为第2i阶的非球面面型系数。
27.第一实施例本发明第一实施例提供的广角镜头100的结构示意图请参阅图1，该广角镜头100沿光轴从物侧到成像面s9依次包括：第一透镜l1，光阑st，第二透镜l2，第三透镜l3以及滤光片g1。
28.第一透镜l1为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第一透镜的物侧面s1在近光轴处为凹面，第一透镜的像侧面s2为凹面；第二透镜l2为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第二透镜的物侧面s3为凸面，第二透镜的像侧面s4为凸面；第三透镜l3为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第三透镜的物侧面s5为凹面，第三透镜的像侧面s6为凸面。
29.滤光片g1的物侧面为s7、像侧面为s8。
30.本实施例提供的广角镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示，其中r代表曲率半径（单位：mm），d代表光学表面间距（单位：mm），nd代表材料的d线折射率，vd代表材料的阿贝数。
31.表1
本实施例中的广角镜头100的各非球面的面型系数如表2所示。
32.表2在本实施例中，广角镜头100的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图2、图3、图4和图5所示，由图2至图5可以看出，场曲控制在
±
0.2mm以内，光学畸变控制在
±
6%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在
±
0.08mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差都控制在
±
4微米内，说明广角镜头100的场曲、畸变和色差都被良好地校正。
33.第二实施例本实施例提供的广角镜头200的结构示意图请参阅图6，本实施例中的广角镜头200的结构与第一实施例中的广角镜头100的结构形状基本相同，材料也一致，但第一透镜的中心厚度及像侧面的面倾角有所变化。
34.本实施例提供的广角镜头200中各个镜片的相关参数如表3所示。
35.表3本实施例中的广角镜头200的各非球面的面型系数如表4所示。
36.表4在本实施例中，广角镜头200的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图7、图8、图9和图10所示，由图7至图10可以看出，场曲控制在
±
0.2mm以内，光学畸变控制在
±
8%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在
±
0.12mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差都控制在
±
4微米内，说明广角镜头200的场曲、畸变和色差都被良好地校正。
37.第三实施例本实施例提供的广角镜头300的机构示意图请参阅图11，本实施例中的广角镜头
300与第一实施例中的广角镜头100的结构形状大致相同，但第一透镜物侧面的面倾角及第三透镜的有效直径发生了较大变化。
38.本实施例中的广角镜头300中各个镜片的相关参数如表5所示。
39.表5本实施例中的广角镜头300的各非球面的面型系数如表6所示。
40.表6在本实施例中，广角镜头300的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图12、图13、图14和图15所示，由图12至图15可以看出，场曲控制在
±
0.2mm以内，光学畸变控制在
±
8%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在
±
0.16mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差都控制在
±
7微米内，说明广角镜头300的场曲、畸变和色差都被良好地校正。
41.表7是上述三个实施例对应的光学特性，主要包括各个实施例的广角镜头的有效焦距f，光圈数f#，光学总长ttl，入瞳直径epd及最大视场角2θ，以及与上述每个条件式对应的数值。
42.表7综上，本实施例提供的广角镜头至少具有以下优点：（1）本发明所提供的广角镜头采用了三片具有特定的表面形状的镜片搭配和合理的光焦度分配，使该广角镜头具有大广角、小畸变的优点。
43.（2）本发明所提供的广角镜头视角较宽，而景深却很深，能有效保证被摄主体的前后景物在画面上均可清晰的再现，且被摄物体的前后感觉强烈，有透视效果，能增强画面的感染力。
44.（3）本发明所提供的广角镜头仅由3片非球面镜片构成，生产流程更简单易控，生产成本也更具竞争优势。
45.第四实施例请参阅图16，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。
46.该成像设备400可以是手机、平板、相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。
47.本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具有大广角、小
畸变的优点，具有广角镜头100的成像设备400也具有大广角、小畸变的优点。
48.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。
49.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。