低畸变广角镜头的制作方法

本发明涉及一种光学镜头，尤其涉及一种低畸变广角镜头。
背景技术：
：广角镜头广泛适用于安防监控、车载记录、实时视频等。随着应用领域的扩大，对广角镜头的综合性能提出了更高的要求，安防使用的广角镜头须在不进行调焦的情况下，实现可见光和红外光焦点位置基本相同；车载记录仪上的广角镜头，则必须保证在低温或者高温下解像力不随温度变化而漂移；而实时视频用广角镜头须在满足大视场角的同时，保证低畸变。目前常见的广角镜头一般是由6—10片透镜组成，如专利号为“cn101930111a”的中国专利所示，该镜头采用5组6片式全玻璃结构，使得镜头重量较重，光学总长较长，不能满足小型化的要求，而且全玻璃透镜成本较高没有市场优势。且该广角镜头的光圈为2.4，理论上光圈数值越大，进入光学系统的光通量越少，造成像面边缘的亮度较暗，极大降低了像面的清晰度。再如专利号为“cn103499874b”的中国专利该广角镜头，由6片透镜组成，均使用传统的球面技术，所有透镜均为球面透镜，因而不能有效控制畸变。技术实现要素：本发明的一个目的在于提供一种具有大视场角和低畸变特性的镜头。为实现上述目的，本发明提供一种低畸变广角镜头，包括：沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜以及所述第七透镜为负光焦度透镜；所述第三透镜、所述第五透镜以及所述第六透镜为正光焦度透镜；所述第四透镜和所述第五透镜构成胶合镜片组；所述第一透镜和所述第二透镜弯向所述光阑。根据本发明的一个方面，所述镜头的视场角fov范围为：100°≤fov≤108°。根据本发明的一个方面，所述镜头的有效焦距f与入瞳直径d满足关系式：f/d＜2.0。根据本发明的一个方面，所述镜头的视场角fov与所述镜头的有效焦距f满足关系式：|tan(fov/2)/f|＞0.18。根据本发明的一根方面，所述第一透镜的物侧面曲率半径为r1-1，像侧面曲率半径为r1-2，有效焦距为f1，曲率半径r1-1、曲率半径r1-2及有效焦距f1满足关系式：(r1-2/r1-1)-1/f1＞0.26。根据本发明的一个方面，所述第二透镜的物侧面曲率半径为r2-1，像侧面曲率半径为r2-2，有效焦距为f2，曲率半径r2-1、曲率半径r2-2及有效焦距f2满足关系式：(r2-2/r2-1)-1/f2＞0.13。根据本发明的一个方面，所述第一透镜的有效焦距f1与所述镜头的有效焦距f之间满足关系式：-3.02＜f1/f＜-2.18。根据本发明的一个方面，所述第二透镜的有效焦距f2与所述镜头的有效焦距f之间满足关系式：-3.40＜f2/f＜-2.23。根据本发明的一个方面，所述第三透镜的有效焦距f3与所述镜头的有效焦距f之间满足关系式：2.20＜f3/f＜5.17。根据本发明的一个方面，所述第一透镜的物侧面上的最大光学有效径处的矢高sag1及像侧面上的最大光学有效径处矢高sag2与所述第一透镜的中心厚度d1分别满足关系式：0.85＜sag1/d1＜2.57，1.85＜sag2/d1＜3.62。根据本发明的一个方面，所述镜头还包括位于所述第七透镜像侧的滤光片和保护玻璃，以及位于所述光学镜头的光学系统末端的成像面。所述第一透镜的物侧面中心至所述光阑的距离t1与所述第一透镜的物侧面中心至所述成像面的距离ttl满足关系式：0.31＜t1/ttl＜0.56。所述第七透镜的像侧面中心至所述光阑的距离t2与所述第一透镜的物侧面中心至所述镜头的成像面的距离ttl满足关系式：0.22＜t2/ttl＜0.49。所述第七镜头的像侧面中心至成像面的距离bfl与所述镜头的有效焦距f之间满足关系式式：bfl/f＞1.26。根据本发明的一个方面，所述第四透镜的折射率nd4和阿贝数vd4的取值范围分别为：1.52＜nd4＜1.8；vd4＜39。根据本发明的一个方面，所述第五透镜的折射率nd5和阿贝数vd5的取值范围分别为：1.40＜nd5＜1.67；vd5＞60。根据本发明的一个方面，所述第二透镜、所述第三透镜以及所述第七透镜为塑料非球面透镜。所述第一透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为玻璃材质的球面透镜；根据本发明的低畸变广角镜头，采用七片透镜的上述设置，使得镜头具有大的视场角。第一透镜和第二透镜均为弯向光阑的弯月形结构，可有效控制第一透镜和第二透镜的相对孔径大小，从而可降低主光线进入光学系统时的入射高度，进而达到降低光学系统畸变率的目的。根据本发明的低畸变广角镜头，第一透镜、第二透镜和第三透镜的有效焦距与镜头的有效焦距满足上述限定关系，有利于合理分配光阑之前的第一透镜、第二透镜和第三透镜的光焦度，可在满足光学系统有效焦距的情况下，减小主光线在第一透镜、第二透镜和第三透镜的各光学面上的入射角度，有利于校正轴外视场的像差。根据本发明的低畸变广角镜头，镜头的视场角fov为100度到108度，镜头的有效焦距f与镜头的入瞳直径d满足关系式：f/d＜2.2，属于大光圈广角镜头，克服了一般广角镜头存在的成像面边缘暗淡的缺陷，保证光学系统中的通光量，从而保证成像面边缘有足够的亮度，提高了成像的清晰度。根据本发明的低畸变广角镜头，第一透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜采用玻璃材质的球面透镜，第二透镜、第三透镜和第七透镜采用塑料非球面透镜。相比于全部采用玻璃材质的透镜，在有效校正像差和控制畸变的同时，能够减轻镜头的整体重量，缩短镜头的总长，减小镜头的体积。同时通过采用玻璃透镜和塑料透镜的配合使用，在有效控制畸变的同时，由于玻璃材质和塑料材质具有互相补偿的作用，可有效地解决镜头的解像力随温度产生漂移的问题，实现光学系统的无热化。附图说明图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式/实施例1的低畸变广角镜头的结构布置图；图2是示意性表示根据本发明实施例1的低畸变广角镜头的畸变曲线图；图3是示意性表示根据本发明实施例1的低畸变广角镜头的焦移曲线图；图4是示意性表示根据本发明实施例2的低畸变广角镜头的结构布置图；图5是示意性表示根据本发明实施例2的低畸变广角镜头的畸变曲线图；图6是示意性表示根据本发明实施例2的低畸变广角镜头的焦移曲线图；图7是示意性表示根据本发明实施例3的低畸变广角镜头的结构布置图；图8是示意性表示根据本发明实施例3的低畸变广角镜头的畸变曲线图；图9是示意性表示根据本发明实施例3的低畸变广角镜头的焦移曲线图；图10是示意性表示根据本发明实施例4的低畸变广角镜头的结构布置图；图11是示意性表示根据本发明实施例4的低畸变广角镜头的畸变曲线图；图12是示意性表示根据本发明实施例4的低畸变广角镜头的焦移曲线图。具体实施方式为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。图1示意性表示根据本发明的低畸变广角镜头的结构布置图。如图1所示，根据本发明的低畸变广角镜头包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑s、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、滤光片和保护玻璃以及成像面。在本发明中，第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4和第七透镜7为具有负光焦度的透镜。第三透镜3、第五透镜5和第六透镜6为具有正光焦度的透镜。在本发明中，光阑s设置在第三透镜3和第四透镜4之间，第四透镜4和第五透镜5构成胶合镜片组。第一透镜1和第二透镜2均为弯向光阑s的弯月形结构。根据本发明的上述低畸变广角镜头，采用七片透镜的上述设置，使得镜头具有大的视场角。在本发明的镜头中，第一透镜1和第二透镜2均为弯向光阑s的弯月形结构，可有效控制第一透镜1和第二透镜2的相对孔径大小，从而可降低主光线进入光学系统时的入射高度，进而达到降低光学系统畸变率的目的。根据本发明的低畸变广角镜头，镜头的视场角fov范围为：100°≤fov≤108°。所以当视场角fov在100度到108度之间时，根据本发明的镜头都可以满足低畸变的要求。此外，镜头的有效焦距为f，镜头的入瞳直径为d，镜头的有效焦距f与镜头的入瞳直径d满足关系式：f/d＜2.0。如此设定的好处是：保证光学系统中通光量，从而保证成像面边缘有足够的亮度，克服了一般广角镜头存在的成像面边缘暗淡的缺陷，提高了成像的清晰度。在本实施方式中，根据本发明的低畸变广角镜头的视场角fov与镜头的有效焦距f之间满足关系式：|tan(fov/2)/f|＞0.18。满足上述关系可保证镜头在具有大的视场角的前提下，有效的控制光学系统的畸变量，实现广角、低畸变的目的。根据本发明的低畸变广角镜头，第一透镜1的物侧面曲率半径为r1-1，像侧面的曲率半径为r1-2。第二透镜2的物侧面曲率半径为r2-1，像侧面曲率半径为r2-2。第一透镜1的有效焦距为f1，第二透镜2的有效焦距为f2，第三透镜3的有效焦距为f3。在本发明中，第一透镜1物侧面曲率半径r1-1、像侧面的曲率半径r1-2与有效焦距f1满足关系式：(r1-2/r1-1)-1/f1＞0.26。第二透镜2物侧面曲率半径r2-1、像侧面曲率半径r2-2与有效焦距f2满足关系式：(r2-2/r2-1)-1/f2＞0.13。第一透镜1的有效焦距f1、第二透镜2的有效焦距f2和第三透镜3的有效焦距f3与本发明的镜头的有效焦距f之间分别满足关系式：-3.02＜f1/f＜-2.18、-3.40＜f2/f＜-2.23和2.20＜f3/f＜5.17。根据本发明的低畸变广角镜头，第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3的有效焦距与镜头的有效焦距满足上述限定关系，有利于合理分配光阑s之前的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3的光焦度，可在满足光学系统有效焦距的情况下，减小主光线在第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3的各光学面上的入射角度，有利于校正轴外视场的像差。在本发明中，第一透镜1物侧面上的最大光学有效径处的矢高为sag1，像侧面的最大光学有效径处的矢高为sag2，第一透镜1的中心厚度为d1。第一透镜1的物侧面和像侧面最大光学有效径处的矢高与中心厚度之间分别满足关系式：0.85＜sag1/d1＜2.57和1.85＜sag2/d1＜3.62。如此设置可以克服一般广角镜头存在的第一片透镜过于弯曲不易加工的缺陷，有效改善了第一透镜1的制造工艺性。根据本发明的低畸变广角镜头，如图1所示，在本实施方式中，第一透镜1的物侧面中心到光阑s的距离为t1，第一透镜1物侧面中心到成像面的距离为ttl。第七透镜7的像侧面中心到光阑s的距离为t2，第七透镜7像侧面中心到成像面的距离为bfl。第一透镜1的物侧面中心到光阑s的距离t1与第一透镜1物侧面中心到成像面的距离ttl之间满足关系式：0.31＜t1/ttl＜0.56。第七透镜7像侧面中心到光阑s的距离t2与第一透镜1物侧面中心到成像面的距离ttl之间满足关系式：0.22＜t2/ttl＜0.49。第七透镜7像侧面中心到成像面的距离bfl与镜头的有效焦距满足关系式：bfl/f＞1.26。如此设置在保证光学系统总长较小的情况下，能够有效地平衡各个透镜之间的间距，使得主光线在各个光学表面上的入射角度有所减小，改善光学系统的敏感性。如图1所示，在本实施方式中，第四透镜4和第五透镜5构成胶合镜片组。第四透镜4的折射率为nd4,阿贝数为vd4,并且满足关系式：1.52＜nd4＜1.8和vd4＜39。第五透镜5的折射率为nd5,阿贝数为vd5,并且满足关系式1.40＜nd5＜1.67和vd5＞60。第四透镜4和第五透镜5按照此折射率进行配合，可保证镜头在可见光和红外光的环境下均能清晰成像，可实现日夜两用功能。同时第四透镜4和第五透镜5的阿贝数之差大于20，有利于校正光学系统的色差。根据本发明的一种实施方式，第二透镜2、第三透镜3和第七透镜7采用塑料非球面透镜，其他透镜可以采用玻璃材质的球面透镜。相比于全部采用玻璃材质的透镜，在有效校正像差和控制畸变的同时，能够减轻镜头的整体重量，缩短镜头的总长。根据本发明的另一种实施方式，第一透镜1、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6采用玻璃材质的球面透镜，第二透镜2、第三透镜3和第七透镜7采用塑料非球面透镜。通过采用玻璃透镜和塑料透镜的配合使用，在有效控制畸变的同时，由于玻璃材质和塑料材质具有互相补偿的作用，可有效地解决镜头的解像力随温度产生漂移的问题，实现光学系统的无热化。以下是根据上述本发明的低畸变广角镜头中的各个透镜的材料变化以及各个相关参数的不同给出四组实施例具体说明根据本发明的低畸变广角镜头。根据本发明的低畸变广角镜头，包括七片透镜，并且第四透镜4和第五透镜5构成胶合镜片组，所以七片透镜共有13个面。此外，镜头还包括位于第三透镜3与第四透镜4之间的光阑s、位于第七透镜7像侧的滤光片和保护玻璃以及成像面，所以根据本发明的低畸变广角镜头共有16个面，这16个面按照本发明的透镜顺序依次排列布置，为了便于叙述，将这16个面编号为s1-s16。四组实施例中的数据如下表1中数据：表1实施例1：图1示意性表示根据本发明的实施例1的低畸变广角镜头的结构布置图。根据本发明的实施例1，低畸变广角镜头的有效焦距f为2.99mm，镜头的视场角fov为100°，第一透镜1物侧面中心到成像面的距离为22.97mm。由表1可知，实施例1中的各个参数均属于上述各参数范围内的数值，满足根据本发明的低畸变广角镜头对于各参数的限定。以下表2列出了满足根据本发明各参数范围的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数：表2以下表3列出了第二透镜2、第三透镜3和第七透镜7的非球面系数：表面a4a6a8a10a12s32.0198e-003-5.925e-0045.1795e-005-1.868e-060s40.0193-3.346e-0033.6189e-004-2.507e-0056.8061e-007s51.4890e-0031.8863e-0046.8905e-0062.8691e-0062.8691e-007s63.8772e-033.9497e-0042.9226e-006-5.486e-0079.8078e-007s131.0068e-003-1.455e-004-1.659e-0053.4509e-006-2.801e-007s143.8725e-003-3.974e-005-2.574e-0058.7857e-006-8.530e-007表3图2和图3是示意性表示根据本发明实施例1的低畸变广角镜头的畸变曲线图和焦移曲线图。由图中可以看出，本实施例的镜头在视场角fov为100°的情况下，镜头的畸变率控制在-20.00％以内，镜头的离焦(镜头的景深范围)控制在-0.006mm至0,006mm的范围内，镜头在零焦移位置时，otf系数大于0.5。由此可见，根据本发明实施例1的低畸变广角镜头，在具有大视场角的情况下，镜头的离焦较小，有效地保证了镜头的高解像力。同时镜头的畸变率较低，保证了镜头像面清晰、不失真。实施例2：图4示意性表示根据本发明的实施例2的低畸变广角镜头的结构布置图。根据本发明的实施例2，低畸变广角镜头的有效焦距f为2.988mm，镜头的视场角fov为104°，第一透镜1物侧面中心到成像面的距离为21.79mm。由表1可知，实施例2中的各个参数均属于上述各参数范围内的数值，满足根据本发明的低畸变广角镜头对于各参数的限定。以下表4列出了满足根据本发明各参数范围的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数：表4以下表5列出了第二透镜2、第三透镜3和第七透镜7的非球面系数：表面a4a6a8a10a12s32.5707e-003-5.425e-0044.9651e-005-1.544e-0060s40.0194-3.359e-0033.7415e-004-2.192e-0053.9769e-007s53.9363e-0035.4674e-005-8.837e-0063.7001e-006-2.017e-007s66.1781e-0031.3989e-0042.7562e-0053.7977e-0061.3614e-007s135.6711e-004-2.244e-004-2.303e-0055.7196e-006-2.903e-007s144.2859e-003-2.207e-004-9.157e-0066.7385e-006-5.883e-007表5图5和图6是示意性表示根据本发明实施例2的低畸变广角镜头的畸变曲线图和焦移曲线图。由图中可以看出，镜头在视场角fov为104°的情况下，镜头的畸变率控制在-20.00％以内，镜头的离焦(镜头的景深范围)控制在-0.006mm至0.006mm的范围内，在零焦移位置时，otf系数大于0.5。由此可见，根据本发明实施例2的低畸变广角镜头，在具有大视场角的情况下，镜头的离焦较小，有效地保证了镜头的高解像力。同时镜头的畸变率较低，保证了镜头像面清晰、不失真。实施例3：图7示意性表示根据本发明的实施例3的低畸变广角镜头的结构布置图。根据本发明的实施例3，低畸变广角镜头的有效焦距f为3.07mm，镜头的视场角fov为106°，第一透镜1物侧面中心到成像面的距离为22.04mm。由表1可知，实施例3中的各个参数均属于上述各参数范围内的数值，满足根据本发明的低畸变广角镜头对于各参数的限定。以下表6列出了满足根据本发明各参数范围的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数：表6以下表7列出了第二透镜2、第三透镜3和第七透镜7的非球面系数：表面a4a6a8a10a12s33.9477e-003-6.958e-0045.3356e-005-2.421e-0062.2133e-008s40.0224-3.154e-0033.6142e-004-2.791e-0058.0473e-007s51.4871e-0031.9923e-0041.9607e-005-2.580e-0062.8641e-007s63.7660e-0033.3314e-0042.5488e-0052.7704e-0065.4260e-007s134.1920e-004-4.811e-0051.0369e-0061.0369e-0063.9184e-008s144.6025e-0031.7806e-0049.9748e-0069.9748e-006-7.039e-007表7图8和图9是示意性表示根据本发明实施例3的低畸变广角镜头的畸变曲线图和焦移曲线图。由图中可以看出，镜头在视场角fov为106°的情况下，镜头的畸变率控制在-20.00％以内，镜头的离焦(镜头的景深范围)控制在-0.006mm至0.006mm的范围内，镜头在零焦移位置时，otf系数大于0.5。由此可见，根据本发明实施例3的低畸变广角镜头，在具有大视场角的情况下，能够满足低畸变和高分辨率的要求。实施例4：图10示意性表示根据本发明的实施例4的低畸变广角镜头的结构布置图。根据本发明的实施例4，低畸变广角镜头的有效焦距f为3.35mm，镜头的视场角fov为108°，第一透镜1物侧面中心到成像面的距离为22.91mm。由表1可知，实施例4中的各个参数均属于上述各参数范围内的数值，满足根据本发明的低畸变广角镜头对于各参数的限定。以下表8列出了满足根据本发明各参数范围的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数：表8以下表9列出了第二透镜2、第三透镜3和第七透镜7的非球面系数：表面a4a6a8a10a12s33.1333e-003-6.422e-0045.7163e-005-2.163e-006-3.114e-010s40.0217-3.325e-0033.5501e-004-1.939e-0059.5206e-008s51.4190e-0039.8757e-0052.1624e-0054.5770e-0071.9443e-007s63.0566e-0031.8097e-0042.1571e-0054.6881e-0065.7872e-007s131.3636e-003-7.647e-005-2.265e-0051.7638e-0061.9375e-008s144.0066e-0039.9979e-005-5.627e-0058.006e-006-3.119e-007表9图11和图12是示意性表示根据本发明实施例4的低畸变广角镜头的畸变曲线图和焦移曲线图。由图中可以看出，镜头在视场角fov为108°的情况下，镜头的畸变率控制在-20.00％以内，镜头的离焦(镜头的景深范围)控制在-0.006mm至0.006mm的范围内，镜头在零焦移位置时，otf系数大于0.5。由此可见，根据本发明实施例4的低畸变广角镜头，在具有大视场角的情况下，能够满足低畸变和高分辨率的要求。由上可知，本发明的实施例1-实施例4的低畸变广角镜头可以实现相同的技术效果，即具备大视场角、低畸变，高分辨率、大光圈和解像力高等特性。同时，根据本发明的低畸变广角镜头因为上述透镜材料的设置，还使得其重量更轻、体积更小以及成本更低。上述内容仅为本发明的具体方案的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12