一種廣角鏡頭的制作方法
本發明涉及光學鏡頭技術領域，具體涉及一種廣角鏡頭。
背景技術：
目前，微型廣角鏡頭因為其視角較寬，而景深卻很深，被廣泛應用于拍攝較大場景的照片，如建筑、風景等題材中。
現有的微型廣角鏡頭一般全部采用非球面鏡片或全部采用球面鏡片，全部采用非球面鏡片存在的問題是結構復雜、成本高昂，全部采用球面鏡片存在的問題是系統整體外形大，無法對各個視場的CRA(Chief Ray Angle，主光角)進行嚴格要求，導致只能放寬對CRA的要求。
技術實現要素：
本發明提供了一種廣角鏡頭，以解決全部采用非球面鏡片導致結構復雜、成本高昂的問題，且解決全部采用球面鏡片導致系統整體外形大，無法對各個視場的CRA進行嚴格要求的問題。
本發明提供了一種廣角鏡頭，包括沿光線入射方向依次設置的第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、光闌L0、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6和第七透鏡L7；
第一透鏡L1為兩個表面均凸向物方的球面負透鏡；
第二透鏡L2為兩個表面均凸向物方的球面正透鏡；
第三透鏡L3為兩個表面均凸向物方的球面正透鏡；
第四透鏡L4為兩個表面均凸向像方的球面正透鏡；
第五透鏡L5和第六透鏡L6為膠合正透鏡，第五透鏡L5為球面鏡，第六透鏡L6靠近第五透鏡L5的表面為球面；
第七透鏡L7為非球面正透鏡。
本發明的有益效果是：本發明的一種廣角鏡頭，首先，系統前部分的多個透鏡全部采用球面鏡片，只將最后一個透鏡設為非球面鏡片，或者只同時將倒數第二個透鏡的最后一面設置為非球面，即在像面前設置非球面，從而既能夠避免全部采用非球面鏡片的復雜性，又能夠實現嚴格控制CRA，還能夠根據不同要求對CRA進行優化，同時能夠矯正場曲，使得橫向色差小，能夠在可見光波段(450nm-610nm)清晰成像，既適用于成像系統，又適用于投影系統。
其次，光闌設置在第三透鏡和第四透鏡之間，第三透鏡和第四透鏡均設置為兩個表面均凹向光闌的球面正透鏡，使得第四透鏡對補償光闌前透鏡帶來的相差有積極作用，能夠有效校正彗差、垂軸色差和軸外像差等相差；第五透鏡和第六透鏡的膠合正透鏡能夠起到很好的校正色差的作用。
附圖說明
圖1是本發明一個實施例的一種廣角鏡頭的結構原理圖；
圖2是本發明一個實施例的一種廣角鏡頭的結構示意圖；
圖3是本發明一個實施例的一種廣角鏡頭的最大視場角示意圖；
圖4是本發明一個實施例的一種廣角鏡頭的場曲相差圖；
圖5是本發明一個實施例的一種廣角鏡頭的球差相差圖；
圖6是本發明一個實施例的一種廣角鏡頭的橫向色差相差圖。
具體實施方式
廣角鏡頭的一種現有技術是：全部采用非球面鏡片或全部采用球面鏡片，但是全部采用非球面鏡片存在結構復雜、成本高昂的問題，全部采用球面鏡片存在系統整體外形大，無法對各個視場的CRA進行嚴格要求的問題，導致只能放寬對CRA的要求。
本發明的設計構思是：針對現有的廣角鏡頭要么全部采用非球面鏡片，要么全部采用球面鏡片，所導致的結構復雜、成本高昂，或系統整體外形大、無法對各個視場的CRA進行嚴格要求的問題，本發明在廣角鏡頭系統前面部分的多個透鏡全部采用球面鏡片，只將最后一個透鏡設為非球面鏡片，或者只同時將倒數第二個透鏡的最后一面設置為非球面，即在像面前設置非球面，這樣既能夠避免全部采用非球面鏡片的復雜性，又能夠實現嚴格控制CRA，還能夠根據不同要求對CRA進行優化，同時能夠矯正場曲，使得橫向色差小，能夠在可見光波段(450nm-610nm)清晰成像，既適用于成像系統，又適用于投影系統。同時，系統的光闌設置在第三透鏡和第四透鏡之間，第三透鏡和第四透鏡均設置為兩個表面均凹向光闌的球面正透鏡，使得第四透鏡對補償光闌前透鏡帶來的相差有積極作用，能夠有效校正彗差、垂軸色差和軸外像差等相差。
實施例一
圖1是本發明一個實施例的一種廣角鏡頭的結構原理圖，圖2是本發明一個實施例的一種廣角鏡頭的結構示意圖，參見圖1和圖2，該廣角鏡頭包括：沿光線入射方向依次設置的第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、光闌L0、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6和第七透鏡L7；
第一透鏡L1為兩個表面均凸向物方的球面負透鏡；
第二透鏡L2為兩個表面均凸向物方的球面正透鏡；
第三透鏡L3為兩個表面均凸向物方的球面正透鏡；
第四透鏡L4為兩個表面均凸向像方的球面正透鏡；
第五透鏡L5和第六透鏡L6為膠合正透鏡，第五透鏡L5為球面鏡，第六透鏡L6靠近第五透鏡L5的表面為球面；
第七透鏡L7為非球面正透鏡。
由圖1所示的廣角鏡頭可知，本實施例中將最后一個透鏡設為非球面鏡片，即在像面前設置非球面，這樣既能夠避免全部采用非球面鏡片的復雜性，減小系統體積，又能夠實現嚴格控制CRA，還能夠根據不同要求對CRA進行優化，同時能夠矯正場曲，使得橫向色差小，能夠在可見光波段(450nm-610nm)清晰成像。同時，系統的光闌設置在第三透鏡和第四透鏡之間，第三透鏡和第四透鏡均設置為兩個表面均凹向光闌的球面正透鏡，使得第四透鏡對補償光闌前透鏡帶來的相差有積極作用，能夠有效校正彗差、垂軸色差和軸外像差等相差；其膠合鏡第五透鏡L5和第六透鏡L6能夠起到很好的校正色差的作用。
實施例二
本實施例中是重點對廣角鏡頭的各透鏡的折射率Nd和阿貝數Vd所分別滿足的關系式進行說明，其他內容參見本發明的其他實施例。本發明的廣角鏡頭，各透鏡的折射率Nd和阿貝數Vd所分別滿足如下關系式。
第一透鏡L1的折射率Nd1和阿貝數Vd1分別滿足以下關系式:
1.5<Nd1<1.6，55<Vd1<65；
第二透鏡L2的折射率Nd2和阿貝數Vd2分別滿足以下關系式:
1.64<Nd2<1.74，50<Vd2<60；
第三透鏡L3的折射率Nd3和阿貝數Vd3分別滿足以下關系式:
1.6<Nd3<1.7，46<Vd3<56；
第四透鏡L4的折射率Nd4和阿貝數Vd4分別滿足以下關系式:
1.8<Nd4<1.88，41<Vd4<50；
第五透鏡L5的折射率Nd5和阿貝數Vd5分別滿足以下關系式:
1.72<Nd5<1.81，40<Vd5<55，
第六透鏡L6的折射率Nd6和阿貝數Vd6分別滿足以下關系式:
1.7<Nd6<1.78，25<Vd6<40；
第七透鏡L7的折射率Nd7和阿貝數Vd7分別滿足以下關系式:
1.55<Nd7<1.7，50<Vd7<83。
需要說明的是，對第七透鏡L7的Nd及Vd要求較低，可采用玻璃也可用塑料注塑成型；對其他透鏡，即第一透鏡L1至第六透鏡L6的鏡片玻璃的選擇，具有多樣性，可根據不同要求進行優化配比。其中第四透鏡L4作為光闌后第一片透鏡，對補償光闌前透鏡帶來的相差有積極作用，因此需要采用高折射率材料。
以上可知，通過本實施例的這種廣角鏡頭，能夠在嚴格控制CRA、矯正場曲、減小系統體積的同時，有效地校正相差、降低成本、提高成像質量。
實施例三
本實施例中是重點對廣角鏡頭的第六透鏡L6的兩個表面的面型所做的說明，其他內容參見本發明的其他實施例。本發明的廣角鏡頭，第六透鏡L6靠近第七透鏡L7的表面為球面。
這樣在本發明的廣角鏡頭系統中，僅有第七透鏡L7的兩個表面為非球面，可對任何視場的CRA在一定范圍內進行嚴格控制，公差范圍為±0.2°，例如，θ為最大視場的CRA，當全視場為29.8°時，通過最后一面非球面，即第七透鏡L7靠近像方的表面，可使得CRA在29.8±3°范圍內進行精確控制但不影響MTF(調制傳遞函數)，且其通過控制場曲還能夠增加MTF值。從而以較低的成本和系統復雜性，實現控制CRA、矯正場曲、減小系統體積，有效地校正相差、降低成本、提高成像質量等目的。
實施例四
本實施例中是重點對廣角鏡頭的第六透鏡L6的兩個表面的面型所做的說明，其他內容參見本發明的其他實施例。本發明的廣角鏡頭，第六透鏡L6靠近第七透鏡L7的表面為非球面。如圖3所示是本發明一個實施例的一種廣角鏡頭的最大視場角示意圖，圖4至圖6所示分別為本發明一個實施例的一種廣角鏡頭的場曲、球差和橫向色差的相差圖。其中，圖4的橫坐標代表距離，單位為mm，縱坐標代表視場，單位為mm，每條曲線代表其對應的波長，以示色差大小情況，即圖4表示的是從零視場到全視場對應的不同波長的視場彎曲情況；圖5的橫坐標代表球差值，單位為mm，縱坐標代表孔徑值，單位為mm；圖6的橫坐標代表橫向色差值，單位為μm，縱坐標代表視場。
需要說明的是，第六透鏡L6靠近第七透鏡L7的表面可以是球面，也可以是非球面；是非球面時，對CRA公差要求可以較高，為±0.1°。如下表一至表三所示，
表一
表一中第1列中的“1”代表廣角鏡頭的第一透鏡L1靠近光線入射方向的表面，“2”代表第一透鏡L1靠近第二透鏡L2的表面，“3”代表第二透鏡L2靠近第一透鏡L1的表面，“4”代表第一透鏡L2靠近第三透鏡L3的表面……依次類推。
表二
表二中的第1列代表廣角鏡頭的第六透鏡L6靠近第七透鏡L7的表面，以及第七透鏡L7的兩個表面為高次非球面，表二中的第2-7列代表高次非球面系數，對應高次非球面方程公式。
表三
以上可知，本實施例的這種廣角鏡頭，能夠嚴格符合CRA要求，公差±0.1°。系統參數具體描述如下：(1)配合0.7inch顯示芯片實現了130°視場角，且各個視場對CRA有嚴格的要求，可根據不同要去進行優化；(2)橫向色差小于8um；(3)系統的傳遞函數在223lp/mm0.3視場以內達到0.6以上，0.8視場在0.3以上；(4)實現可見光波段(450nm-610nm)清晰成像。
實施例五
本實施例中是重點對廣角鏡頭的非球面所做的說明，其他內容參見本發明的其他實施例。本發明的廣角鏡頭，第七透鏡L7或第六透鏡L6的非球面滿足以下非球面方程公式：
其中，z為沿光軸方向的坐標，Y為以透鏡長度單位為單位的徑向坐標，c＝1/R，c為曲率，R為曲率半徑，k為圓錐系數，αi為各高次項的系數，2i為非球面的高次方，i取自然數。
需要說明的是，優選的是，i＝5或i＝6，i代表最高次項，若i＝6，則表示最高次項為12次，i＝7或i＝8或者更高，則代表多項式最高次項為14次、16次或者更高次，但一般來講14次、16次或者更高次項對成像質量影響較小，因此優選的，i＝5或i＝6。
實施例六
本實施例中是重點對廣角鏡頭的第一透鏡L1至第七透鏡L7的焦距所做的說明，其他內容參見本發明的其他實施例。本發明的廣角鏡頭，第一透鏡L1的焦距f1為-2.17mm±0.5mm，第二透鏡L2的焦距f2為7.2mm±0.5mm，第三透鏡L3的焦距f3為3.86mm±0.5mm，第四透鏡L4的焦距f4為3.25mm±0.5mm，膠合鏡第五透鏡L5和第六透鏡L6的焦距f56為6.9mm±0.5mm，第七透鏡L7的焦距f7為43mm±0.5mm。
需要說明的是，各透鏡的焦距可以根據各鏡片之間的配合進行調整。
實施例七
本實施例中是重點對廣角鏡頭的系統焦距所做的說明，其他內容參見本發明的其他實施例。本發明的廣角鏡頭，系統焦距F滿足以下關系式：1.7445mm/F#2.4。
需要說明的是，#代表number，即F數或稱之為光圈數。
實施例八
本實施例中是重點對廣角鏡頭的系統焦距所做的說明，其他內容參見本發明的其他實施例。本發明的廣角鏡頭，第一透鏡L1采用BaK2材料制成。從而具有穩定的物理化學性質，能夠對整個系統起到保護作用。
綜上所述，本發明的廣角鏡頭，首先，廣角鏡頭系統前部分的多個透鏡全部采用球面鏡片，只將最后一個透鏡設為非球面鏡片，或者根據系統復雜程度及要求的成像質量要求，僅同時將倒數第二個透鏡的最后一面設置為非球面，即在像面前設置非球面，從而既能夠避免全部采用非球面鏡片的復雜性，又能夠實現嚴格控制CRA，還能夠根據不同要求對CRA進行優化，同時能夠矯正場曲，使得橫向色差小，能夠在可見光波段(450nm-610nm)清晰成像，既適用于成像系統，又適用于投影系統。
其次，將光闌設置在第三透鏡和第四透鏡之間，第三透鏡和第四透鏡均設置為兩個表面均凹向光闌的球面正透鏡，使得第四透鏡對補償光闌前透鏡帶來的相差有積極作用，能夠有效校正彗差、垂軸色差和軸外像差等相差；第一透鏡采用BaK2材質制成，具有穩定的物理化學性質，能夠對整個系統起到保護作用；第五透鏡和第六透鏡的膠合正透鏡能夠起到很好的校正色差的作用。
另外，最后一片非球面鏡片能夠選用注塑成型，且可以采用玻璃或塑料材料，除非球面的鏡片表面外，其余球面的鏡片表面都容易加工，價格低廉，本發明整體結構為反遠距型廣角結構，整體結構緊湊，能夠實現對各個視場的CRA進行嚴格要求。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護范圍內。
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