广角镜头的制作方法

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。


背景技术：

2.近年来，随着安防监控视频技术应用范围和场景的逐步拓展，以及安防监控在高清化、网络化、智能化等方面的要求日益加强，安防监控镜头产品在光学防抖、大光圈、红外夜视、超广角、高可靠性等方面的技术水平要求日益提升。
3.安防监控镜头大多用于户外环境，需要成像镜头具有良好的热稳定性，而全部使用热膨胀系数较稳定的玻璃材料，制造成本高，市场竞争力差。同时还要求镜头通光量大、分辨率高，在昏暗环境下也能够拍摄出清晰的图片，这就要求镜头具有较大的光圈，但是传统的大光圈定焦镜头具有体积大、边缘解像差以及成本高的缺点，难以满足安防监控领域的使用需求。


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，至少具有重量轻、体积小、成本低、热稳定性好、大光圈以及成像品质高等特点。
5.本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。
6.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趋于平面，所述第一透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第二透镜，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，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凹面；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为凸面，所述第六透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面和像侧面均为凸面；以及，设置在所述第二透镜和所述第四透镜之间的光阑；其中，所述第一透镜和所述第三透镜为玻璃球面透镜，所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第七透镜均为塑胶非球面透镜；所述广角镜头满足条件式：efl/enpd<1.25；0.6mm
‑1<ttl/d1/enpd<1.0mm
‑1；其中，efl表示所述广角镜头的有效焦距，ttl表示所述广角镜头的光学总长，d1表示所述第一透镜的物侧面的最大通光口径，enpd表示所述广角镜头的入瞳直径。
7.相较现有技术，本发明提供的广角镜头，采用七片玻塑混合镜片组成，通过各透镜面型的合理搭配、以及各透镜材料和光焦度的合理组合，使镜头具有良好的热稳定性，还能够实现高清晰成像；由于第一透镜的面型及光阑位置设置合理，在保证大光圈的同时还使镜头具有较小的体积；同时，由于第五透镜和第六透镜采用较小的曲率半径设计，有效矫正了系统的像差，提高了广角镜头的解像力，同时没有使用粘合透镜，简化了生产组装工艺，
提高了生产良率；由于采用五片塑胶镜片及两片玻璃镜片，在保证镜头具有较高成像品质的同时有效减小了镜头体积、降低了生产成本。
附图说明
8.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轴向色差曲线图；图4为本发明第二实施例的广角镜头的结构示意图；图5为本发明第二实施例的广角镜头的场曲曲线图；图6为本发明第二实施例的广角镜头的轴向色差曲线图；图7为本发明第三实施例的广角镜头的结构示意图；图8为本发明第三实施例的广角镜头的场曲曲线图；图9为本发明第三实施例的广角镜头的轴向色差曲线图。
具体实施方式
9.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。
10.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。
11.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：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面趋于平面，可为接近平面的凹面或者凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第二透镜，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，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凹面；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为凸面，所述第六透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面和像侧面均为凸面；以及，设置在所述第二透镜和所述第四透镜之间的光阑；其中，所述第一透镜和所述第三透镜为玻璃球面透镜，所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第七透镜均为塑胶非球面透镜；所述广角镜头满足条件式：
efl/enpd<1.25；（1）；（2）其中，efl表示所述广角镜头的有效焦距，ttl表示所述广角镜头的光学总长，d1表示所述第一透镜的物侧面的最大通光口径，enpd表示所述广角镜头的入瞳直径。
12.为了实现镜头大光圈的特性，需要增大第一透镜的物侧面口径和镜头的光学总长，但这会导致镜头体积偏大；满足上述条件式（1）和（2），通过合理控制ttl/d1/enpd的值就可以实现镜头较大的入瞳直径，进而实现大光圈的特性；也即在保证镜头具有较大光圈的同时还具有较小的体积，同时又能满足高像素的成像要求。
13.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：0.02/
°
＜d1/imgh/fov＜0.029/
°
；（3）其中，fov表示所述广角镜头的最大视场角，d1表示第一透镜的物侧面的最大通光口径，imgh表示所述广角镜头的成像面上有效像素区域对角线长的一半。满足上述条件式（3），通过合理控制d1/imgh/fov的值，可以使镜头具有较大的通光口径，增大光线的入射角，从而实现镜头的广角特性。
14.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：1.0＜imgh/efl＜1.1；（4）其中，imgh表示所述广角镜头的成像面上有效像素区域对角线长的一半，efl表示所述广角镜头的有效焦距。满足条件式（4），能够实现感光元件对较大的物侧空间的成像，有利于实现镜头的广角化。
15.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：0.048/
°
＜ttl/imgh/fov＜0.054/
°
；（5）其中，ttl表示所述广角镜头的光学总长，fov表示所述广角镜头的最大视场角，imgh表示所述广角镜头的成像面上有效像素区域对角线长的一半。满足条件式（5），可实现镜头的小型化，并保证在同一视场角的同一成像面下镜头的光学总长更短。
16.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：1<r3/r4<2；（6）4<f2/efl<6；（7）其中，r3表示第二透镜的物侧面的曲率半径，r4表示第二透镜的像侧面的曲率半径，f2表示第二透镜的有效焦距，efl表示所述广角镜头的有效焦距。满足条件式（6）和（7），通过合理的控制第二透镜的面型及焦距占比，可以有效的减小边缘光线与光轴的夹角，使光线以较平缓的角度入射，小角度入射就可以有效的减小后续镜片所造成的像差。
17.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：
‑
0.7<r10/d10<
‑
0.5；（8）
‑
4<r9/r10<
‑
1.5；（9）1.5<f5/efl<2；（10）其中，r9表示第五透镜的物侧面的曲率半径，r10表示第五透镜的像侧面的曲率半径，d10表示第五透镜的像侧面的有效光学口径，f5表示第五透镜的有效焦距，efl表示所述广角镜头的有效焦距。满足条件式（8）至（10），通过将第五透镜的曲率半径设置为较小的值，并合理的控制第五透镜的焦距占比，可以有效的减小系统的边缘像差。
18.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：0.5<r11/d11+r12/d12<0.9；（11）1.5<r11/r12 <2；（12）
‑
3<f6/efl<
‑
2.5；（13）其中，r11表示第六透镜的物侧面的曲率半径，d11表示第六透镜的物侧面的有效光学口径，r12表示第六透镜的像侧面的曲率半径，d12表示第六透镜的像侧面的有效光学口径，f6表示第六透镜的有效焦距，efl表示所述广角镜头的有效焦距。第五透镜和第六透镜都是曲率半径较小的塑胶非球面镜片，满足条件式（11）至（13），通过两个镜片的相互配合，可以较好的矫正系统的像差，提高成像质量。
19.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：1/|r1|<0.02 mm
‑1；（14）
‑
2<f1/efl<
‑
1.5；（15）其中，r1表示第一透镜的物侧面的曲率半径，f1表示第一透镜的有效焦距，efl表示所述广角镜头的有效焦距。满足条件式（14）和（15），可以使第一透镜的物侧面面型较为平坦，便于更多光线入射，有利于控制后续透镜的入射光线夹角，从而减小像差；同时有利于减小镜头的口径，实现镜头的小型化。
20.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：2.5<f3/efl<3；（16）
‑
2< f3/f4<
‑
0.5；（17）其中，f3表示第三透镜的有效焦距，f4表示第四透镜的有效焦距，efl表示所述广角镜头的有效焦距。满足条件式（16）和（17），通过合理的控制第三透镜和第四透镜的焦距比，有利于面透镜进行像差优化，实现更好的成像品质。
21.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：
‑
10<r13/r14<
‑
1；（18）2<f7/efl<4；（19）其中，r13表示第七透镜的物侧面的曲率半径，r14表示第七透镜的像侧面的曲率半径，f7表示第七透镜的有效焦距，efl表示所述广角镜头的有效焦距。满足条件式（18）和（19），通过合理控制第七透镜的面型及光焦度，可以进一步消除边缘视场的像差，提高整个视场内的成像质量。
22.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：0.6＜
ʃ
ct/ttl＜0.7；（20）其中，
ʃ
ct表示第一透镜至第七透镜分别于光轴上的中心厚度总和，ttl表示所述广角镜头的光学总长。满足条件式（20），能够合理配置各个透镜的中心厚度总和，有效地缩短镜头的光学总长，实现镜头的小型化。
23.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：0.13＜bfl/ttl＜0.17；（21）其中，bfl表示第七透镜的像侧面与成像面在光轴上的距离，ttl表示广角镜头的光学总长。满足条件式（21），能够合理控制镜头的后焦距离，降低镜头本体与成像芯片在结构上的干涉，有利于镜头的安装使用。
24.在一些实施例中，所述广角镜头满足条件式：
‑
6<r7/r8<
‑
1；（22）
‑
2.8<f4/efl<
‑
2.2；（23）其中，r7表示第四透镜的物侧面的曲率半径，r8表示第四透镜的像侧面的曲率半径，f4表示第四透镜的有效焦距，efl表示所述广角镜头的有效焦距。第四透镜为双凹透镜，满足条件式（22）和（23），可以有效的矫正边缘色散，提升边缘视场的解像质量。
25.在一些实施例中，所述广角镜头的光圈数f#不大于1.25，能够满足较暗环境的成像需要。
26.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。
27.作为一种实施方式，当广角镜头中的透镜为非球面透镜时，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。
28.第一实施例本发明第一实施例提供的一种广角镜头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以及滤光片g1。
29.第一透镜l1具有负光焦度，第一透镜的物侧面s1为接近平面的凸面，第一透镜的像侧面s2为凹面；第二透镜l2具有正光焦度，第二透镜的物侧面s3为凹面，第二透镜的像侧面s4为凸面；第三透镜l3具有正光焦度，第三透镜的物侧面s5和像侧面s6均为凸面；第四透镜l4具有负光焦度，第四透镜的物侧面s7和像侧面s8均为凹面；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为凸面，第六透镜的像侧面s12凹面；第七透镜l7具有正光焦度，第七透镜的物侧面s13和像侧面s14均为凸面；光阑st设置于第三透镜l3和第四透镜l4之间。
30.滤光片g1设置于第七透镜l7与成像面s17之间，该滤光片g1可用于选择性地对部分光进行过滤，从而优化成像结果。本实施例中，成像面s17可以是由物侧入射的光，经过广角镜头100在像侧成像的平面。
31.广角镜头100中的第一透镜l1和第三透镜l3均为玻璃球面透镜；第二透镜l2、第四
透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7均为塑胶非球面透镜，且各透镜的光学中心均位于同一直线上。
32.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。
33.表1本实施例广角镜头100中的各非球面的面型系数如表2所示。
34.表2本实施例提供的广角镜头100的场曲曲线图和轴向色差曲线图分别如图2和图3所示，由图2中可以看出，本实施例中的广角镜头100的场曲整体处于
‑
0.05~0.04mm范围内，说明场曲得到良好地校正，广角镜头100具有较高的场曲性能；由图3可以看出，镜头的整体色差处于
‑
0.03mm~0.03mm范围内，说明该广角镜头100具备良好的消色差性能。
35.第二实施例本发明第二实施例提供的广角镜头200的结构示意图请参阅图4，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的结构大抵相同，不同之处在于：第一透镜的物侧面s1为接近平面的凹面，光阑st位于第二透镜l2和第三透镜l3之间，以及部分透镜的材质、各个镜片的相关参数和空气间隔存在差异。
36.本实施例提供的广角镜头200的各镜片相关参数如表3所示。
37.表3本实施例中广角镜头200中的各非球面的面型系数如表4所示。
38.表4本实施例提供的广角镜头200的场曲曲线图和轴向色差曲线图分别如图5和图6所示，由图5中可以看出，本实施例中的广角镜头200的场曲整体处于
‑
0.04~0.04mm范围内，说明场曲得到良好地校正，广角镜头200具有较高的场曲性能；由图6可以看出，镜头的整体色差处于
‑
0.03mm~0.03mm范围内，说明该广角镜头200具备良好的消色差性能。
39.第三实施例本发明第三实施例提供的广角镜头300的结构示意图请参阅图7，本实施例中的广角镜头300的结构与第一实施例中的广角镜头100的结构大抵相同，不同之处在于：镜头中各个镜片的相关参数和空气间隔存在差异。
40.本实施例提供的广角镜头300的各镜片相关参数如表5所示。
41.表5本实施例中广角镜头300中的各非球面的面型系数如表6所示。
42.表6本实施例提供的广角镜头300的场曲曲线图和轴向色差曲线图分别如图8和图9所示，由图8中可以看出，本实施例中的广角镜头300的场曲整体处
‑
0.12~0.04mm范围内，说明场曲得到良好地校正，广角镜头300具有较高的场曲性能；由图9可以看出，镜头的整体色差
处于
‑
0.02mm~0.03mm范围内，说明该广角镜头300具备良好的消色差性能。
43.表7是上述三个实施例及其对应的光学特性，主要包括广角镜头的有效焦距efl、光圈数f#、视场角fov和光学总长ttl，以及与前面每个条件式对应的数值。
44.表7综上，本发明各实施例提供的广角镜头至少具有以下优点：（1）通过合理设置镜头的光学总长、第一透镜物侧面口径以及入瞳直径的关系，有效实现了镜头的大光圈的特性。
45.（2）所述广角镜头中的第一透镜和第三透镜均为玻璃球面透镜，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜均为塑胶非球面透镜，通过优化配置各个透镜的正负光焦度，使镜头的像差得到有效地校正，实现高清晰的成像品质；同时通过玻塑透镜的合理搭配，使镜头具有良好的热稳定性，能适用于对环境比较苛刻的领域，例如车载、无人机、监控等领域的需求。
46.（3）所述广角镜头采用五片塑胶非球面透镜，可以有效地矫正镜头的像差，提高整组镜头的解像力，特别是第五透镜和第六透镜采用小曲率半径的面型设计，有效矫正了系统的色差和像差，提高了解像力并且使广角镜头具有重量轻、体积小、成本低，工艺简化的优势，大大提高了产品的市场竞争力。
47.（4）为了实现广角特性，需要增大第一透镜的物侧面口径，但这会导致镜头体积较大，而满足条件式：0.02/
°
＜d1/imgh/fov＜0.029/
°
；通过合理控制d1/imgh/fov的值，可实现镜头前端的小口径，在实现镜头广视角的同时保证镜头具有较小的体积。
48.综上所述，本发明实施例提供的广角镜头采用七片玻塑混合镜片搭配，通过合理分配各透镜的光焦度、面型、中心厚度以及轴上间距等，使得镜头在实现良好成像质量的同时，具有大光圈、小型化、重量轻、热稳定性好以及良好的成像品质等有益效果。
49.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。
50.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。