超广角镜头的制作方法

1.本发明涉及定焦光学系统技术领域，尤其涉及一种超广角镜头。


背景技术：

2.从平安城市到智慧城市主旋律的推进，安防产业得以持续稳健发展。随着监控镜头不断向更高清晰度的方向发展，镜头也被要求呈现更多细节，对安防监控领域的镜头辨识度要求更加严格。并且市场上希望能够提供满足大视场、小型化及高分辨率需求的成像镜头。
3.但是，现有安防镜头的视场角只有120度左右，存在视角受限的情况。同时大视场镜头第一片镜片的外径较大，会导致镜头整体体积增大。而且，现有的广角镜头无法同时兼顾可见光及红外光的成像质量。
4.中国专利cn212483963u公开了一种定焦镜头。该镜头采用7枚镜片，其中2枚为球面透镜，其余均为非球面透镜，实现一种适合复杂条件下监控需求的大通光定焦镜头，且可以达到光圈数0.8《f《1.2的大光圈，支持1/1.8英寸的靶面，视场角范围大于120
°
，且在-30℃～80℃环境下使用满足成像要求。但是在镜头视场角、成像性能方面还有待进一步提高。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超广角镜头，不仅满足大视场、小型化及高分辨率的需求，还可实现日夜共焦、实现最大视场角172
°
的图像捕捉，并且满足在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。
6.为实现上述发明目的，本发明提供一种超广角镜头，包括：包括：沿光轴从物侧至像侧的方向依次排列的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜和保护平板玻璃，光阑位于所述第三透镜和所述第四透镜之间或者位于所述第四透镜和所述第五透镜之间。
7.根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，
8.所述第一透镜在近轴区处的形状为凸凹型；
9.所述第二透镜在近轴区处的形状为凸凹型或凹凹型；
10.所述第三透镜在近轴区处的形状为凹凹型或凹凸型；
11.所述第四透镜在近轴区处的形状为凸凸型或凸凹型；
12.所述第五透镜和所述第七透镜在近轴区处的形状均为凸凸型；
13.所述第六透镜在近轴区处的形状为凹凹型或凸凹型。
14.根据本发明的一个方面，所述第一透镜和所述第五透镜均为球面透镜；
15.所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为非球面透镜。
16.根据本发明的一个方面，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第六
透镜和所述第七透镜均为塑胶透镜。
17.根据本发明的一个方面，与所述光阑相邻的透镜的厚度stoct满足关系式：2.5≤stoct≤4.0。
18.根据本发明的一个方面，所述第一透镜的物侧面的曲率半径l1r1与所述第一透镜的像侧面的曲率半径l1r2之间满足关系式：2.12≤l1r1/l1r2≤4.3。
19.根据本发明的一个方面，所述镜头的有效焦距f与所述第一透镜的有效焦距f1之间满足关系式：2.5≤|f1/f|≤5.5。
20.根据本发明的一个方面，所述第一透镜的折射率vd1满足关系式：1.6≤vd1≤1.95。
21.根据本发明的一个方面，所述第一透镜的最大透镜直径与所述镜头的光学总长ttl之间满足关系式：
22.根据本发明的一个方面，所述第一透镜的最大透镜直径所述镜头的最大像高ih和所述镜头的最大视场角fov之间满足关系式：
23.根据本发明的一个方面，所述第一透镜的物侧面的曲率半径l1r1与所述第一透镜的最大透镜直径之间满足关系式：
24.根据本发明的一个方面，所述镜头的有效焦距f与所述第五透镜的有效焦距f5之间满足关系式：2.0≤f5/f≤2.5。
25.根据本发明的一个方面，所述第五透镜的阿贝数abb5满足关系式：68≤abb5≤82。
26.根据本发明的一个方面，所述镜头的fno数满足关系式：fno≤1.67。
27.根据本发明的一个方面，所述镜头的光学后焦bfl与所述镜头的光学总长ttl之间满足关系式：0.24≤bfl/ttl≤0.3。
28.根据本发明的一个方面，所述镜头的有效焦距f与所述第七透镜的有效焦距f7之间满足关系式：1.7≤f7/f≤2.3。
29.根据本发明的一个方面，所述第六透镜、所述第七透镜之间的空气间隔t67与所述镜头的光学总长ttl之间满足关系式：t67/ttl≤0.02。
30.根据本发明的方案，该镜头通过采用“负-负-负-正-正-负-正”光焦度组合的7枚透镜、一个光阑和一个保护平板玻璃的光学架构，实现最大视场角172
°
的图像捕捉，满足超广角、大光圈和高像素，并兼容小体积。同时，该镜头实现fno≤1.67的大光圈，1.0视场相对照度40％以上，亮度高，成像质量好，满足4k成像。通过对特定玻璃材料的选择，实现日夜共焦和高清成像。通过对上述各个透镜的正负光焦度合理分配、塑胶玻璃材质的特定选择以及特定透镜的焦距、折射率和阿贝数等参数进行合理搭配，使得该镜头的光学成像系统在-40℃～80℃的温度范围内仍具有良好的高低温成像性能且不虚焦，可适用于不同环境。此外，该镜头整体系统的公差敏感度良好，具有较好的组装制造性。
附图说明
31.图1示意性表示本发明实施例一的超广角镜头的结构示意图；
32.图2示意性表示本发明实施例二的超广角镜头的结构示意图；
33.图3示意性表示本发明实施例三的超广角镜头的结构示意图。
具体实施方式
34.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。
35.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。
36.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。
37.图1示意性地表示本实施方式的超广角镜头的结构图。如图1所示，本实施方式的超广角镜头包括：沿光轴从物侧至像侧的方向依次排列的具有负光焦度的第一透镜l1、具有负光焦度的第二透镜l2、具有负光焦度的第三透镜l3、具有正光焦度的第四透镜l4、具有正光焦度的第五透镜l5、具有负光焦度的第六透镜l6、具有正光焦度的第七透镜l7和保护平板玻璃cg，其中，光阑位于第三透镜l3和第四透镜l4之间或者位于第四透镜l4和第五透镜l5之间。
38.在靠近镜头的光轴处，第一透镜l1的物侧面的形状为凸，第一透镜l1的像侧面的形状为凹。第二透镜l2和第六透镜l6的物侧面的形状均为凸或凹，第二透镜l2和第六透镜l6的像侧面的形状均为凹。第五透镜l5和第七透镜l7的物侧面和像侧面的形状均为凸。同时，沿光轴从物侧至像侧的方向，第三透镜l3在近轴区处的形状为凹凹型或凹凸型，第四透镜l4在近轴区处的形状为凸凸型或凸凹型。
39.在本发明中，第一透镜l1和第五透镜l5均为球面透镜，第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第六透镜l6和第七透镜l7均为非球面透镜。并且，第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第六透镜l6和第七透镜l7均为塑胶透镜。通过采用5枚塑胶透镜，有利于降低镜头的成本，同时通过对特定透镜选择使用玻璃材料，实现日夜共焦和高清成像。
40.在本发明中，第一透镜l1的物侧面的曲率半径l1r1与第一透镜l1的像侧面的曲率半径l1r2之间满足关系式：2.12≤l1r1/l1r2≤4.3。镜头的有效焦距f与第一透镜l1的有效焦距f1之间满足关系式：2.5≤|f1/f|≤5.5。第一透镜l1的折射率vd1满足关系式：1.6≤vd1≤1.95。
41.在本发明的超广角镜头中，上述第一透镜l1具有收光作用，并对第一透镜l1的焦距、折射率进行设计，使整个超广角镜头光学成像系统的光线走势平缓，有利于镜头实现大视场成像，使最大视场角达到172
°
。同时，该镜头采用7枚透镜，使得镜头小型化，再加上合理设置其不同的光焦度、面型和各透镜物侧面、像侧面的形状，并根据上述关系进行组合，不仅实现大视场成像、超广角，而且实现大光圈和高像素成像，同时限定透镜塑胶材料、玻璃材料的选择与组合，具有日夜共焦、实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦的成像性能，使得该镜头高低温性能良好，可适用于不同环境。
42.在本发明中，镜头的有效焦距f与第五透镜l5的有效焦距f5之间满足关系式：2.0
≤f5/f≤2.5。第五透镜l5的阿贝数abb5满足关系式：68≤abb5≤82。在本发明中，与光阑sto相邻的透镜的厚度stoct满足关系式：2.5≤stoct≤4.0。当光阑sto位于第三透镜l3和第四透镜l4之间时，第三透镜l3的厚度stoct3或第四透镜l4的厚度stoct4大于等于2.5且小于等于4.0；当光阑sto位于第四透镜l4和第五透镜l5之间时，第四透镜l4的厚度stoct4或第五透镜l5的厚度stoct5大于等于2.5且小于等于4.0。通过上述设置，可以有效校正镜头光学系统的色差，有利于实现更高像质。
43.在本发明中，镜头的fno数满足关系式：fno≤1.67，镜头实现大光圈，1.0视场相对照度40％以上，亮度高，成像质量好，满足4k成像。同时，对于第一透镜，第一透镜l1的最大透镜直径与镜头的光学总长ttl之间满足关系式：第一透镜l1的最大透镜直径镜头的最大像高ih和镜头的最大视场角fov之间满足关系式：第一透镜l1的物侧面的曲率半径l1r1与第一透镜l1的最大透镜直径之间满足关系式：而且，镜头的光学后焦bfl与镜头的光学总长ttl之间满足关系式：0.24≤bfl/ttl≤0.3。通过对上述各个关系式的限定，有利于镜头在超广角的成像条件下实现更高像质的同时保证更小体积。该镜头实现包含保护平板玻璃cg的光学总长不高于24mm。
44.在本发明中，镜头的有效焦距f与第七透镜l7的有效焦距f7之间满足关系式：1.7≤f7/f≤2.3。通过对第七透镜l7的焦距进行设置并合理调整其范围，有利于该镜头的光学成像系统在-40℃～80℃的温度范围内成像不虚焦，保证成像清晰度。
45.在本发明中，第六透镜l6、第七透镜l7之间的空气间隔t67与镜头的光学总长ttl之间满足关系式：t67/ttl≤0.02。可以使第六透镜l6和第七透镜l7之间的空气间隔不敏感，有利于光学成像系统像差校正以及像质进一步提升，满足4k高清成像，成像质量好。
46.综上所述，本发明的超广角镜头采用7枚透镜、一个光阑和一个保护平板玻璃的光学架构，合理设置、搭配上述透镜的光焦度、焦距、折射率和阿贝数等参数，并设计镜头光学系统的总长，实现最大视场角172
°
的图像捕捉，同时满足小型化、超广角、大光圈和高像素成像。该镜头还可实现fno≤1.67的大光圈，1.0视场相对照度40％以上，亮度高，成像质量好，满足4k成像。通过对特定玻璃材料的选择，实现日夜共焦和高清成像。通过对上述各个透镜的正负光焦度合理分配、塑胶玻璃材质的特定选择以及特定透镜的焦距、折射率和阿贝数等参数进行合理搭配，使得该镜头的光学成像系统在-40℃～80℃的温度范围内仍具有良好的高低温成像性能且不虚焦，可适用于不同环境。此外，该镜头整体系统的公差敏感度良好，具有较好的组装制造性。
47.以下以3个实施例结合附图和表格来具体说明本发明的超广角镜头。在下列各个实施例中，本发明将光阑sto记为一面，将像面ima记为一面，将物面obj记为一面。
48.具体符合上述关系式的各个实施例的参数如下表1所示：
[0049][0050]
表1
[0051]
在本发明的各个实施例中，该超广角镜头的塑胶非球面透镜满足以下公式：
[0052][0053]
在上述公式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为圆锥系数；a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
···
分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶
···
非球面系数。
[0054]
实施例一
[0055]
参见图1，在本实施例中，超广角镜头各参数如下所述：
[0056]
fno：1.60；镜头总长：21.3641mm；视场角：164
°
。第二透镜l2在近轴区处的形状为凸凹型，第三透镜l3在近轴区处的形状为凹凸型，第四透镜l4在近轴区处的形状为凸凸型，第六透镜l6在近轴区处的形状为凹凹型。
[0057]
本实施例的超广角镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率和阿贝数，s1至s17表示镜头中各枚透镜、光阑sto和保护平板玻璃cg的每一个表面，如下表2所示。
[0058]
面序号表面类型r值厚度折射率阿贝数s0(obj)球面infinity
‑ꢀꢀ
s1球面13.09710.81.8046.6s2球面4.43801.5921
ꢀꢀ
s3非球面14.35500.81.5455.7
s4非球面2.78152.0540
ꢀꢀ
s5非球面-3.89500.81.5455.7s6非球面-7.04330.1
ꢀꢀ
s7非球面8.50852.61991.6620.4s8非球面-17.75440.1
ꢀꢀ
s9(sto)球面infinity0.7798
ꢀꢀ
s10球面15.35871.94411.5968.6s11球面-4.29100.1
ꢀꢀ
s12非球面-69.61630.81.6620.4s13非球面3.38260.1653
ꢀꢀ
s14非球面4.04433.31081.5455.7s15非球面-4.39810.1
ꢀꢀ
s16球面infinity0.81.5264.2s17球面infinity4.4981
ꢀꢀ
s18(ima)球面infinity
‑ꢀꢀ
[0059]
表2
[0060]
本实施例的超广角镜头各非球面透镜的非球面系数，包括该表面的二次曲面常数k值、四阶非球面系数a4、六阶非球面系数a6、八阶非球面系数a8、十阶非球面系数a
10
、十二阶非球面系数a
12
和十四阶非球面系数a
14
，如下表3所示。
[0061]
面序号ka4a6a8a
10a12a14
s3-15.347.72e-046.28e-05-7.00e-063.76e-070.00e+000.00e+00s40.09-1.86e-03-8.31e-05-5.24e-07-1.21e-050.00e+000.00e+00s5-2.73e-03-5.94e-035.71e-052.71e-04-2.12e-050.00e+000.00e+00s64.50-5.48e-031.34e-039.65e-05-6.21e-060.00e+000.00e+00s7-0.261.18e-047.41e-04-3.64e-050.00e+000.00e+000.00e+00s8-26.335.08e-03-2.36e-048.12e-050.00e+000.00e+000.00e+00s12-40-5.70e-03-7.29e-051.05e-050.00e+000.00e+000.00e+00s13-2.66-4.09e-032.63e-04-6.76e-060.00e+000.00e+000.00e+00s14-3.84-1.81e-031.36e-04-4.04e-060.00e+000.00e+000.00e+00s15-0.51-3.28e-05-1.40e-052.07e-060.00e+000.00e+000.00e+00
[0062]
表3
[0063]
结合上述表1至表3和图1，本实施例通过采用“负-负-负-正-正-负-正”光焦度组合的第一透镜l1至第七透镜l7的7枚透镜、一个光阑sto和一个保护平板玻璃cg的光学架构，且光阑sto位于第四透镜l4和第五透镜l5之间，实现大视场角164
°
的图像捕捉，满足超广角、大光圈和高像素成像，并兼容小体积。同时，该镜头实现fno＝1.60的大光圈，1.0视场相对照度40％以上，亮度高，成像质量好，满足4k成像。通过对特定玻璃材料的选择，实现日夜共焦和高清成像。通过对上述各个透镜的正负光焦度合理分配、塑胶玻璃材质的特定选择以及特定透镜的焦距、折射率和阿贝数等参数进行合理搭配，使得该镜头的光学成像系统在-40℃～80℃的温度范围内仍具有良好的高低温成像性能且不虚焦，可适用于不同环
境。此外，该镜头整体系统的公差敏感度良好，具有较好的组装制造性。
[0064]
实施例二
[0065]
参见图2，在本实施例中，超广角镜头各参数如下所述：
[0066]
fno：1.67；镜头总长：21.9904mm；视场角：172
°
。第二透镜l2和第三透镜l3在近轴区处的形状均为凹凹型，第四透镜l4在近轴区处的形状为凸凸型，第六透镜l6在近轴区处的形状为凸凹型。
[0067]
本实施例的超广角镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率和阿贝数，s1至s17表示定焦镜头中各枚透镜、光阑sto和保护平板玻璃cg的每一个表面，如下表4所示。
[0068][0069][0070]
表4
[0071]
本实施例的超广角镜头各非球面透镜的非球面系数，包括该表面的二次曲面常数k值、四阶非球面系数a4、六阶非球面系数a6、八阶非球面系数a8、十阶非球面系数a
10
、十二阶非球面系数a
12
和十四阶非球面系数a
14
，如下表5所示。
[0072]
面序号ka4a6a8a
10a12a14
s3-13.81805.88e-03-5.12e-043.67e-05-1.58e-063.14e-080.00e+00
s45.93279.66e-03-8.12e-049.82e-055.83e-08-1.73e-270.00e+00s540.0-0.03194.15e-03-2.65e-047.86e-06-1.73e-270.00e+00s60.5148-0.03727.04e-03-6.72e-044.04e-05-1.73e-270.00e+00s7-40.0-5.48e-034.32e-046.15e-05-1.26e-05-1.73e-270.00e+00s831.19397.12e-04-3.52e-041.77e-04-3.76e-054.14e-060.00e+00s1220.0873-0.01681.04e-03-1.01e-043.41e-06-1.73e-270.00e+00s13-2.7758-0.01201.76e-03-1.58e-045.52e-06-1.73e-270.00e+00s14-1.5778-4.73e-033.38e-023.91e-06-3.83e-061.55e-070.00e+00s15-6.0821-4.84e-032.26e-04-1.57e-051.42e-06-8.50e-080.00e+00
[0073]
表5
[0074]
结合上述表1、表4至表5和图2，本实施例通过采用“负-负-负-正-正-负-正”光焦度组合的第一透镜l1至第七透镜l7的7枚透镜、一个光阑sto和一个保护平板玻璃cg的光学架构，且光阑sto位于第四透镜l4和第五透镜l5之间，实现大视场角172
°
的图像捕捉，满足超广角、大光圈和高像素成像，并兼容小体积。同时，该镜头实现fno＝1.67的大光圈，1.0视场相对照度40％以上，亮度高，成像质量好，满足4k成像。通过对特定玻璃材料的选择，实现日夜共焦和高清成像。通过对上述各个透镜的正负光焦度合理分配、塑胶玻璃材质的特定选择以及特定透镜的焦距、折射率和阿贝数等参数进行合理搭配，使得该镜头的光学成像系统在-40℃～80℃的温度范围内仍具有良好的高低温成像性能且不虚焦，可适用于不同环境。此外，该镜头整体系统的公差敏感度良好，具有较好的组装制造性。
[0075]
实施例三
[0076]
参见图3，在本实施例中，超广角镜头各参数如下所述：
[0077]
fno：1.60；镜头总长：22.4637mm；视场角：168
°
。第二透镜l2和第四透镜l4在近轴区处的形状均为凸凹型，第三透镜l3在近轴区处的形状为凹凸型，第六透镜l6在近轴区处的形状为凹凹型。
[0078]
本实施例的超广角镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率和阿贝数，s1至s17表示定焦镜头中各枚透镜、光阑sto和保护平板玻璃cg的每一个表面，如下表6所示。
[0079][0080][0081]
表6
[0082]
本实施例的超广角镜头各非球面透镜的非球面系数，包括该表面的二次曲面常数k值、四阶非球面系数a4、六阶非球面系数a6、八阶非球面系数a8、十阶非球面系数a
10
、十二阶非球面系数a
12
和十四阶非球面系数a
14
，下表7所示。
[0083]
面序号ka4a6a8a
10a12a14
s30.00.01021.59e-031.39e-04-6.72e-061.51e-070.00e+00s4-0.06710.0144-9.24e-04-2.20e-045.49e-05-3.66e-060.00e+00s5-3.2628-0.01438.62e-044.29e-081.42e-051.33e-060.00e+00s6-4.1653-0.01111.60e-03-1.58e-041.32e-05-3.20e-070.00e+00s8-7.26548.12e-046.40e-04-8.80e-057.10e-06-2.10e-070.00e+00s939.9996-5.03e-041.65e-044.70e-05-8.27e-068.56e-070.00e+00s127.5050-4.10e-033.54e-04-7.59e-058.26e-06-3.53e-070.00e+00s132.3705-5.47e-035.46e-04-8.99e-055.81e-06-2.88e-070.00e+00s14-0.4276-3.91e-033.49e-04-2.76e-051.32e-06-4.05e-080.00e+00s15-1.2555-5.02e-04-7.86e-051.36e-05-2.06e-072.25e-080.00e+00
[0084]
表7
[0085]
结合上述表1、表6至表7和图3，本实施例通过采用“负-负-负-正-正-负-正”光焦度组合的第一透镜l1至第七透镜l7的7枚透镜、一个光阑sto和一个保护平板玻璃cg的光学架构，且光阑sto位于第三透镜l3和第四透镜l4之间，实现大视场角168
°
的图像捕捉，满足超广角、大光圈和高像素成像，并兼容小体积。同时，该镜头实现fno＝1.60的大光圈，1.0视场相对照度40％以上，亮度高，成像质量好，满足4k成像。通过对特定玻璃材料的选择，实现日夜共焦和高清成像。通过对上述各个透镜的正负光焦度合理分配、塑胶玻璃材质的特定选择以及特定透镜的焦距、折射率和阿贝数等参数进行合理搭配，使得该镜头的光学成像系统在-40℃～80℃的温度范围内仍具有良好的高低温成像性能且不虚焦，可适用于不同环境。此外，该镜头整体系统的公差敏感度良好，具有较好的组装制造性。
[0086]
以上所述仅为本发明的一个实施例而已，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，均应包括在本发明的保护范围之内。