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.近年来，随着智能手机的兴起，各大品牌旗舰机对高像素需求日渐提高，而一般广角镜头搭配感光面尺寸为1/4英寸、像素为800万的成像芯片；较领先一些的镜头搭配1/3英寸、1300万像素的成像芯片，为使得感光器件的像素点尺寸不缩小，提升成像像素，把芯片尺寸做大成为高像素的发展趋势，因此，具备良好成像品质的高像素、大广角镜头俨然成为目前市场上的主流。
3.为获得较高像素且具有良好成像品质，传统搭载于手机相机的镜头多采用五片式、六片式透镜结构，一般只能满足800万或1300万像素需求。然而，随着技术的发展以及用户多样化需求的增多，七片式透镜结构逐渐出现在镜头设计当中，常见的七片式透镜虽然已经具有较好的光学性能，但是其光焦度、透镜间距和透镜形状设置仍然具有一定的不合理性，导致透镜结构在具有良好光学性能的同时，无法满足高像素、广角化的设计要求。


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及成像设备，至少具有高像素、大广角、小型化等优点，能够满足小型化电子设备的使用需求。
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；光阑；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，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凹面、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在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点、所述第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点；具有光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点、所述第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、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非球面镜片；所述广角镜头满足以下条件式：-18《f12/f《-1；8.5mm《ih
×
tanθ《10.5mm；其中，f12表示所述第一透镜与所述第二透镜的组合焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距，θ表示所述广角镜头的半视场角，ih表示所述广角镜头的实际半像高。
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，采用七片具有特定光焦度的
非球面镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得广角镜头具有高像素及超广角的优点，能够匹配50m/108m（megapixel，百万像素）的成像芯片实现超高清成像；同时通过合理地分配第一透镜与第二透镜的组合光焦度加上使用非球面合理矫正轴外像差，使镜头具有超高像素的同时有较大的视场角，更好地满足了便携式电子设备的高像素、广角化的使用需求。
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f-tanθ畸变曲线图；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垂轴色差曲线图；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f-tanθ畸变曲线图；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垂轴色差曲线图；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f-tanθ畸变曲线图；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垂轴色差曲线图；图13为本发明第四实施例的广角镜头的结构示意图；图14为本发明第四实施例的广角镜头的f-tanθ畸变曲线图；图15为本发明第四实施例的广角镜头的场曲曲线图；图16为本发明第四实施例的广角镜头的垂轴色差曲线图；图17为第六透镜的物侧面与第七透镜的像侧面上反曲点与光轴的垂直距离示意图；图18为本发明第五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、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及滤光片。
13.所述广角镜头中的第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具有光焦度，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凸面；光阑；第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；第四透镜具有负光焦度，第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；第五透镜具有正光焦度，第五透镜的物侧面在近光轴处为凹面、第五透镜的像侧面为凸面；第六透镜具有负光焦度，第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点、第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点；第七透镜具有光焦度，第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点、第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点；其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜均为非球面镜片；本发明广角镜头采用七片式非球面镜片组合，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得广角镜头具有大视场角及超高像素，能够匹配50m/108m的成像芯片实现超高清成像。
14.进一步地，所述广角镜头满足以下条件式：-18《f12/f《-1；（1）8.5mm《ih
×
tanθ《10.5mm；（2）其中，f12表示第一透镜与第二透镜的组合焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距，θ表示所述广角镜头的半视场角，ih表示所述广角镜头的实际半像高。满足上述条件式（1），能够合理分配由第一透镜与第二透镜组成的第一群组的光焦度，可以适当地均衡由第三透镜到第七透镜组成的第二群组的光焦度，达到修正光学系统的轴上球差及轴向色差的目的，有助于提升系统成像质量；满足上述条件式（2），可保证系统在实现广角化的同时具有高像素；同时满足上述条件式（1）和（2），表明系统同时具有高成像质量、广视场角、高像素的特点。
15.在一些实施例中，所述广角镜头满足以下条件式：-25《f1/f《-2；（3）0《(r11-r12)/(r11+r12)《0.4；（4）其中，f1表示第一透镜的有效焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距，r11表示第一透镜的物侧面的曲率半径，r12表示第一透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式（3）和（4），通过合理限制第一透镜的面形及焦距，有利于修正离轴像差，并让进入第一透镜的光线能有适当的入射及出射角度，有助于增大成像面的面积，减小镜头前端透镜的外径，维持系统小型化。
16.在一些实施例中，所述广角镜头满足以下条件式：0.03《ct2/ttl《0.1；（5）其中，ct2表示第二透镜在光轴上的中心厚度，ttl表示所述广角镜头的光学总长。满足上述条件式（5），通过合理限制第二透镜的中心厚度，可有效避免第二透镜过薄在组装过程中易裂边的问题，同时可以维持整个系统的轻薄化。
17.在一些实施例中，所述广角镜头满足以下条件式：ac23/ttl《0.03；（6）其中，ac23表示第二透镜与第三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。满足上述条件式（6），通过合理限制第二、三透镜间的空气间隙，可以使光线偏折趋于缓慢，有利于降低系统的敏感性。
18.在一些实施例中，所述广角镜头满足以下条件式：-20《f1/f3《-2；（7）1.4《sd11/sd32《2.0；（8）其中，f1表示第一透镜的有效焦距，f3表示第三透镜的有效焦距，sd11表示第一透镜的物侧面的有效口径，sd32表示第三透镜的像侧面的有效口径。满足上述条件式（7）和（8），通过合理设置第一、三透镜的焦距比，并使第三透镜具有较小的口径，可以使从第一透镜射出的光线偏折趋于缓慢，有利于降低系统的敏感性，提高整体的成像质量。
19.在一些实施例中，所述广角镜头满足以下条件式：0.18《ct5/ttl《0.25；（9）0.5《f5/f《1；（10）其中，f5表示第五透镜的有效焦距，f表示所述广角镜头的有效焦距，ct5表示第五透镜在光轴上的中心厚度，ttl表示所述广角镜头的光学总长。满足上述条件式（9）和（10），通过合理设置第五透镜的厚度及焦距占比，有利于后续系统像差的矫正，提高成像品质。
20.在一些实施例中，所述广角镜头满足以下条件式：0.22《epd/ih《0.35；（11）0.9《epd/bfl《1.2；（12）其中，epd表示所述广角镜头的入瞳直径，ih表示所述广角镜头的实际半像高，bfl表示所述广角镜头的后焦距。满足上述条件式（11），能够使足够多的光线进入镜头，更好地实现镜头的大通光量与大成像面的合理均衡，有助于提高成像质量。满足上述条件式（12），在大通光口径的配置下得到较短的后焦距，以进一步将影像模组小型化，更好适应电子设备轻薄化的需求。
21.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：0.4《(r61-r62)/(r61+r62)《0.5；（13）0《(r71-r72)/(r71+r72)《0.35；（14）其中，r61表示第六透镜的物侧面的曲率半径，r62表示第六透镜的像侧面的曲率半径，r71表示第七透镜的物侧面的曲率半径，r72表示第七透镜的像侧面的曲率半径。第六透镜和第七透镜均具有反曲点，满足上述条件式（13）和（14），通过调整第六透镜、第七透镜在近光轴处的面形，可减缓第六透镜、第七透镜的形状变化，降低杂散光的产生，且提高透镜的可制造性。
22.在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：0.15《y
r61
/ih《0.35；（15）0.3《y
r72
/ih《0.45；（16）其中，y
r61
表示第六透镜的物侧面上反曲点与光轴的垂直距离，y
r72
表示第七透镜的像侧面上反曲点与光轴的垂直距离，具体y
r61
、y
r72
的示意图可参见图17所示，ih表示广角
镜头的实际半像高。第六透镜的物侧面和第七透镜的像侧面上均设置有反曲点，满足上述条件式（15）、（16），能够合理限制第六透镜的物侧面和第七透镜的像侧面上反曲点的位置，有助于加强轴外视场的慧差矫正同时很好的收敛场曲，提升成像品质。
23.在一些实施方式中，所述广角镜头中的第四透镜的物侧面为凸面，在其它实施例中，第四透镜的物侧面为凹面。第四透镜采用不同的面型搭配组合，均可以使系统实现良好的成像效果。
24.作为一种实施方式，可以采用全塑胶镜片，也可以采用玻塑混合搭配，均能取得良好的成像效果；在本技术中，为了更好减小镜头的体积及降低成本，采用七片塑胶镜片组合，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得广角镜头具有大广角及超高像素的特点，能够匹配50m/108m的成像芯片实现超广角高清成像。其中第一透镜至第七透镜是塑胶非球面镜片，采用非球面镜片，可以有效降低成本，修正像差，提供更高性价比的光学性能产品。
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，当广角镜头中的透镜为非球面透镜时，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、光阑st、第三透镜l3、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。
28.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为凸面、第三透镜的像侧面s6为凸面；第四透镜l4具有负光焦度，第四透镜的物侧面s7在近光轴处为凸面、第四透镜的像侧面s8在近光轴处为凹面；第五透镜l5具有正光焦度，第五透镜的物侧面s9在近光轴处为凹面、第五透镜的像侧面s10为凸面；第六透镜l6具有负光焦度，第六透镜的物侧面s11在近光轴处为凸面、第六透镜的
像侧面s12在近光轴处为凹面，且第六透镜的物侧面s11和像侧面s12具有一个反曲点；第七透镜l7具有负光焦度，第七透镜的物侧面s13在近光轴处为凸面、第七透镜的像侧面s14在近光轴处为凹面，且第七透镜的物侧面s13和像侧面s14具有一个反曲点。
29.其中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、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。
30.具体的，本实施例提供的广角镜头100的各透镜的设计参数如表1所示。
31.表1本实施例中，广角镜头100中各个透镜的非球面参数如表2所示。
32.表2
请参照图2、图3以及图4，所示分别为广角镜头100的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图。从图2中可以看出光学畸变控制在
±
20%以内，说明广角镜头100的畸变得到良好的矫正；从图3中可以看出场曲控制在
±
0.07mm以内，说明广角镜头100的场曲矫正较好；从图4中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在
±
2微米以内，说明广角镜头100的垂轴色差得到良好的矫正；从图2、图3、图4可以看出广角镜头100的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。
33.第二实施例如图5所示，为本实施例提供的广角镜头200的结构示意图，本实施例的广角镜头200与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度、材质有所差异。
34.具体的，本实施例提供的广角镜头200的设计参数如表3所示。
35.表3
本实施例中，广角镜头200中各个透镜的非球面参数如表4所示。
36.表4请参照图6、图7和图8，所示分别为广角镜头200的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图，从图6中可以看出光学畸变控制在
±
20%以内，说明广角镜头200的畸变得到良好的矫正；从图7中可以看出场曲控制在
±
0.1mm以内，说明广角镜头200的场曲矫正较好；从图8中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在
±
2.5微米以内，说明广角镜头200的垂轴色差得到良好的矫正；从图6、图7、图8可以看出广角镜头200的像差得到较好平衡，
具有良好的光学成像质量。
37.第三实施例如图9所示，为本实施例提供的广角镜头300的结构示意图，本实施例的广角镜头300与上述第一实施例大致相同，不同之处在于：本实施例中的广角镜头300的第二透镜l2具有负光焦度，第四透镜的物侧面s7在近光轴处为凹面，以及各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度、材质有所差异。
38.具体的，本实施例提供的广角镜头300的设计参数如表5所示。
39.表5本实施例中，广角镜头300中各个透镜的非球面参数如表6所示。
40.表6
请参照图10、图11和图12，所示分别为广角镜头300的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图，从图10中可以看出光学畸变控制在
±
20%以内，说明广角镜头300的畸变得到良好的矫正；从图11中可以看出近轴场曲控制在
±
0.18mm以内，说明广角镜头300的场曲矫正较好；从图12中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在
±
1.3微米以内，说明广角镜头300的垂轴色差得到良好的矫正；从图10、图11、图12可以看出广角镜头300的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。
41.第四实施例如图13所示，为本实施例提供的广角镜头400的结构示意图，本实施例的广角镜头400与上述第一实施例大致相同，不同之处在于：本实施例中的广角镜头400的第二透镜l2具有负光焦度、第七透镜l7具有正光焦度、第四透镜的物侧面s7在近光轴处为凹面，以及各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度、材质有所差异。
42.具体的，本实施例提供的广角镜头400的设计参数如表7所示。
43.表7
本实施例中，广角镜头400中各个透镜的非球面参数如表8所示。
44.表8请参照图14、图15和图16，所示分别为广角镜头400的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图，从图14中可以看出光学畸变控制在
±
23%以内，说明广角镜头400的畸变得到良好的矫正；从图15中可以看出近轴场曲控制在
±
0.1mm以内，说明广角镜头300的场曲矫正较好；从图16中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在
±
3微米以内，说明广角镜头400的垂轴色差得到良好的矫正；从图14、图15、图16可以看出广角镜头400的像差得到
较好平衡，具有良好的光学成像质量。
45.请参阅表9，所示为上述四个实施例中提供的广角镜头分别对应的光学特性，包括广角镜头的视场角2θ、光学总长ttl、实际半像高ih、有效焦距f，以及与前述的每个条件式对应的相关数值。
46.表9从以上各个实施例的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图以及垂轴色差曲线图可以看出，各实施例中的广角镜头的f-tanθ畸变值均在
±
23%以内、场曲值在
±
0.18mm以内、垂轴色差在
±
3微米以内，表明本发明实施例提供的镜头具有高像素、超广角、低敏感性等优点，同时具有良好的解像力。
47.综上所述，本发明提供的广角镜头，采用七片具有特定光焦度的非球面镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得广角镜头具有高像素及超广角的优点，能够匹配50m/108m（megapixel，百万像素）的成像芯片实现超高清成像；同时通过合理地分配第一透镜与第二透镜的组合光焦度加上使用非球面合理矫正轴外像差，使镜头具有超高像素的同时有较大的视场角，更好地满足了便携式电子设备的高像素、广角化的使用需求。
48.第五实施例请参阅图18，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。
49.该成像设备500可以是智能手机、车载监控设备、安防设备、ar/vr设备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。
50.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具有高像素、超大视场角、小型化的优点，具有广角镜头100的成像设备500也具有高像素、超大视场角、小型
化的优点。
51.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。
52.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。