一種廣角成像鏡頭系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種廣角成像鏡頭系統，沿光軸從物面側至像面側依次包括第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和成像面。其中第一透鏡具有負折光力，第二透鏡具有正折光力，且其物面在近軸區域為凸表面、像面為凸表面；第三透鏡具有負折光力，且其物面為凹表面。系統中一孔徑光闌置于物面側與第二透鏡之間；該結構的廣角成像鏡頭系統滿足關系式：DT＜0.02，DT為每片鏡片厚度值公差。采用本實用新型結構的廣角鏡頭其光圈數可以小于3.5，保證了較大的進光量，而且系統高度很短，容易量產，可應用在醫療領域的內臟內窺鏡、工業領域的水下內窺鏡等等。
【專利說明】
一種廣角成像鏡頭系統
技術領域
[0001] 本實用新型涉及光學鏡頭技術領域，尤其涉及一種廣角成像鏡頭系統。
【背景技術】
[0002] 隨著電子設備行業的發展，越來越多的應用領域需要成像設備輔助，從而完成更 復雜的功能以便于服務民生。尤其是特殊醫療、工業探測、車載成像等等領域，亟需分辨率 更高，景深和視場角更大的鏡頭，來提升領域內應用產品的性能和服務品質。但傳統的鏡頭 尺寸過大，無法滿足市場對這些領域產品微型化的需求，低分辨率產品已漸漸經失去市場 熱度。醫療和工業探測上還需要攝像模系統能在特殊環境如水下，完成拍攝功能。但實際上 為了達到這些參數需求，雖然能設計出鏡頭模型，在鏡頭量產階段產品的良率卻很低。
[0003] 美國專利US8437091B2披露了一種廣角鏡頭組，該鏡頭組包括了三個透鏡，第一透 鏡具有負折光力，第二透鏡具有正折光力，第三透鏡具有正折光力，鏡頭組的視場角可達到 120°左右且系統緊湊體積較小，因為沒有采用膠和工藝從而降低了成本。但該發明沒有通 過選擇合適折光力的透鏡、結合加工的冗余度和非球面系數來提高微型鏡頭生產的容易 性。
【發明內容】
[0004] 本實用新型要解決的技術問題，在于提供一種廣角成像鏡頭系統，通過透鏡折光 力組合、結合加工冗余度和特定非球面系數的關鍵關系，可以降低微型鏡頭的生產難度，同 時通過本實用新型實現的鏡頭系統結構具有較大的光圈，即光圈數F#<3.5。
[0005] 本實用新型提供一種廣角成像鏡頭系統，其特征在于:沿光軸從物面側至像面側 依次包括第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和成像面;所述第一透鏡具有負折光力;所述第二 透鏡具有正折光力，且其物面在近軸區域為凸表面、像面為凸表面;所述第三透鏡具有負折 光力，且其物面為凹表面;其中一孔徑光闌置于物面側與第二透鏡之間；進一步地，廣角成 像鏡頭系統滿足關系式：
[0006] DT<0.02;其中DT為每片鏡片厚度值公差。
[0007] 進一步地，所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式：
[0008] F0V>90° ;其中F0V為所述廣角成像鏡頭系統的視場角大小。
[0009] 進一步地，所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式：
[0010] 3 ? 67 < AC*1000 < 4? 45;其中AC為第二透鏡像面的非球面系數總和。
[0011] 進一步地，所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式：
[0012] 0.248 < K 0.261;其中f為所述廣角成像鏡頭系統的有效焦距。
[0013] 進一步地，所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式：
[0014] 0.059 < BFL/ITL < 0.094;其中ITL是器件高度，BEL是鏡頭系統的后焦距。
[0015] 進一步地，所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式：
[0016] DR<0.015;其中DR為每片鏡片曲率半徑值公差。
【附圖說明】
[0017] 下面參照附圖結合實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0018] 圖1為依照本實用新型第一個實施例的廣角成像鏡頭系統示意圖。
[0019] 圖2從左至右依次為依照本實用新型第一個實施例的廣角成像鏡頭系統的垂軸像 差、場曲及畸變曲線。
[0020] 圖3為依照本實用新型第二個實施例的廣角成像鏡頭系統示意圖。
[0021]圖4從左至右依次為依照本實用新型第二個實施例的廣角成像鏡頭系統的垂軸像 差、場曲及畸變曲線。
[0022]圖5為依照本實用新型第三個實施例的廣角成像鏡頭系統示意圖。
[0023]圖6從左至右依次為依照本實用新型第三個實施例的廣角成像鏡頭系統的垂軸像 差、場曲及畸變曲線。
[0024] 圖7為依照本實用新型第四個實施例的廣角成像鏡頭系統示意圖。
[0025] 圖8從左至右依次為依照本實用新型第四個實施例的廣角成像鏡頭系統的垂軸像 差、場曲及畸變曲線。
【具體實施方式】
[0026]本實用新型披露的一結構如下：
[0027] -種廣角成像鏡頭系統，沿光軸方向從物面側到像面側依次包括第一透鏡、第二 透鏡以及第三透鏡，所述孔徑光闌位于所述第二透鏡的物面與所述物面側之間，這樣的設 計可以增大光圈，從而增大系統進光量。
[0028] 所述第一透鏡具有負折光力，其物面可以是平面或球面，該結構在這里可以讓更 大角度的光線入射到系統中；
[0029]所述第二透鏡具有正折光力，可以平衡系統的折光力，減小場曲；且其物面在近軸 區域為凸表面、像面為凸表面，這樣的結構能夠減小軸外像差。
[0030] 所述第三透鏡具有負折光力，能夠減小場曲；且其物面為凹表面，該設計可以矯正 畸變。
[0031] DT為每片鏡片厚度值公差，所述的廣角鏡頭系統還滿足關系式:DT<0.02;此時系 統的垂軸像差、畸變、色差等像差表現最佳，而且鏡頭更容易生產。
[0032] F0V為所述廣角成像鏡頭系統的視場角大小，所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式： F0V>90° ;此時成像鏡頭系統可拍攝范圍更大。
[0033]具體地，所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式：
[0034] 3.67 < A01000 < 4.45;此時，系統的像散可以得到很好矯正，其中AC為第二透鏡 像面的非球面系數總和。
[0035]具體地，所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式：
[0036] 0.248 < f < 0.261;此時，系統的放大率適中，可滿足醫療等特殊領域的應用要求， 其中f?為所述廣角成像鏡頭系統的有效焦距。
[0037]具體地，當所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式:0.059 < BFL/TTL < 0.094時；系統 的高度和封裝高度更適宜應用，其中TTL是器件高度，BEL是鏡頭系統的后焦距。
[0038] 具體地，當所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式:DR<0.015時；系統中透鏡的面型 更容易加工，光學性質質量也能得到保證，其中DR為每片鏡片曲率半徑值公差。
[0039] 本實用新型中包含了非球面鏡片，非球面鏡片的非球面系數可由但不僅限于下列 非球面特性方程定義：
[0041] 其中，X是在非球面上距離光軸距離為Y的點到子午面在非球面上的頂點之間的相 對距離，Y是非球面曲點到光軸的距離，R代表了表面的曲率半徑，k代表了圓錐系數，Ai代表 了每個透鏡面第i階非球面系數。在實施例中，i可以是2,4,6,8，10，12但不局限于該范圍。
[0042] 根據上述實施方式，以下給出具體的實施例，配合附圖作進一步的詳細說明，但是 本實用新型的結構不僅限于以下實施例。
[0043] 圖1給出了本實用新型第一個實施例的廣角成像鏡頭系統結構示意圖，沿光軸從 物面側到像面側依次包括:第一透鏡110、孔徑光闌100、第二透鏡120、第三透鏡130以及成 像面140。其中，第一透鏡110為玻璃材質，第二透鏡120和第三透鏡130皆為塑料材質。"CR" 在所有實施例中有相同的意義，其代表了主光線。
[0044] 所述第一透鏡110具有負折光力，且其物面111為平面，像面112為凹表面且為球 面；
[0045]所述第二透鏡120具有正折光力，且其物面121在近軸區域為凸表面，像面122為凸 表面，且其物面121和像面122皆為非球面；
[0046] 所述第三透鏡130具有負折光力，且其物面131在近軸區域為凹表面，其像面132在 近軸區域為凸表面、在邊緣區域為凹表面;且其物面131和像面132皆為非球面。
[0047] 圖2為第一個實施例的垂軸像差、場曲、畸變曲線圖，反映了實施例中鏡頭系統的 像質情況，T代表子午方向，S代表弧矢方向。鏡頭系統的像質評估包括垂軸像差、場曲和畸 變，高像質是要求垂軸像差、場曲和畸變均保持在符合一定標準的范圍內，如:廣角鏡頭的 畸變在5%以內。各像差的縱坐標均為像高值，單位mm(毫米），文中所給出的實施例包括了 每個透鏡的詳細位置和基本特性數據。其中使用這些數據加工得到的鏡頭系統，其像質情 況如像差圖示。其中從0視場到1視場，垂軸像差曲線越貼近縱軸，鏡頭系統的像差性能越 好;畸變越小鏡頭越優秀;場曲圖中，S(弧矢）曲線和T(子午）曲線之間間距越小越好。第一 個實施例的鏡頭系統的像差表現較好:畸變最大值小于5%，垂軸像差與場曲除1視場外的 值均較好。
[0048] 表1-1和表1-2是第一個實施例的鏡頭系統參數和非球面系數的詳細信息，結合表 格可說明實施例。
[0049]表1-1中，f表示了有效焦距的值，F#表示光圈數，F0V表示最大視場角。滿足非球面 特性方程的非球面系數信息詳細的列入了表1-2中，其中A4到A10分別為第4階到第10階非 球面系數，k表示非球面特性方程中的圓錐系數。每個透鏡物面對應的厚度值為該透鏡的中 心厚度值，像面對應的厚度值為當前透鏡到下一物體第一面的空氣間隙中心厚度值。孔徑 光闌對應的厚度值為孔徑光闌到第一透鏡的空氣間隙中心厚度值。本實用新型中所有實施 例的表格及圖例都采用了相同的參數定義，往后不再重申。
[0055] 圖3給出了本實用新型第二個實施例的廣角成像鏡頭系統結構示意圖，沿光軸從 物面側到像面側依次包括:第一透鏡210、孔徑光闌200、第二透鏡220、第三透鏡230以及成 像面240。其中，第一透鏡210、第二透鏡220和第三透鏡230皆為塑料材質；
[0056] 所述第一透鏡210具有負折光力，且其物面211為平面，像面212為凹表面且為球 面；
[0057] 所述第二透鏡220具有正折光力，且其物面221在近軸區域為凸表面，像面222為凸 表面，且其物面221和像面222皆為非球面；
[0058]所述第三透鏡230具有負折光力，且其物面231在近軸區域為凹表面，其像面232在 近軸區域為凸表面、在邊緣區域為凹表面;且其物面231和像面232皆為非球面。
[0059] 圖4為第二個實施例的垂軸像差、場曲、畸變曲線圖，反映了實施例中鏡頭系統的 像質情況。第二個實施例的鏡頭系統的像差表現較好:畸變最大值小于5%，垂軸像差與場 曲除1視場外的值均較好。
[0060] 表2-1和表2-2是第一個實施例的鏡頭系統參數和非球面系數的詳細信息，結合表 格可說明實施例。
[0061 ]表2-1:
[0065] 圖5給出了本實用新型第三個實施例的廣角成像鏡頭系統結構示意圖，沿光軸從 物面側到像面側依次包括:第一透鏡310、孔徑光闌300、第二透鏡320、第三透鏡330以及成 像面340。其中，第一透鏡310為玻璃材質，第二透鏡320和第三透鏡330皆為塑料材質；
[0066] 所述第一透鏡310具有負折光力，且其物面311為平面，像面312為凹表面且為球 面；
[0067] 所述第二透鏡320具有正折光力，且其物面321在近軸區域為凸表面，像面322為凸 表面，且其物面321和像面322皆為非球面；
[0068]所述第三透鏡330具有負折光力，且其物面331在近軸區域為凹表面，其像面332在 近軸區域為凸表面、在邊緣區域為凹表面;且其物面331和像面332皆為非球面。
[0069] 圖6為第三個實施例的垂軸像差、場曲、畸變曲線圖，反映了實施例中鏡頭系統的 像質情況。第三個實施例的鏡頭系統的像差表現較好:畸變最大值小于5%，垂軸像差與場 曲除1視場外的值均較好。
[0070] 表3-1和表3-2是第一個實施例的鏡頭系統參數和非球面系數的詳細信息，結合表 格可說明實施例。
[0071] 表3-1:
[0075]圖7給出了本實用新型第四個實施例的廣角成像鏡頭系統結構示意圖，沿光軸從 物面側到像面側依次包括:第一透鏡410、孔徑光闌400、第二透鏡420、第三透鏡430以及成 像面440。其中，第一透鏡410為玻璃材質，第二透鏡420和第三透鏡430皆為塑料材質；
[0076]所述第一透鏡410具有負折光力，且其物面411和像面412均為凹表面且為球面； [0077]所述第二透鏡420具有正折光力，且其物面421在近軸區域為凸表面，像面422為凸 表面，且其物面421和像面422皆為非球面；
[0078]所述第三透鏡430具有負折光力，且其物面431在近軸區域為凹表面，其像面432在 近軸區域為凸表面、在邊緣區域為凹表面;且其物面431和像面432皆為非球面。
[0079] 圖8為第四個實施例的垂軸像差、場曲、畸變曲線圖，反映了實施例中鏡頭系統的 像質情況。第四個實施例的鏡頭系統的像差表現較好:畸變最大值小于5%，垂軸像差與場 曲表現較好。
[0080] 表4-1和表4-2是第一個實施例的鏡頭系統參數和非球面系數的詳細信息，結合表 格可說明實施例。
[0081 ]表4-1:
[0085]以上披露的實施例的關鍵詳細信息如表格5所示：
[0086]表5中，F#是光圈數，BEL是鏡頭系統的后焦距，TTL是鏡頭系統高度，AC是第二透鏡 的像面的非球面系數之和，F0V是鏡頭系統的視場角。
[0087] 采用本實用新型結構的廣角鏡頭其光圈數可以小于3.5,保證了較大的進光量，而 且系統高度很短，可以應用在需要較小鏡頭尺寸、且要求一定相對照度的應用場合上，如在 醫療領域的內臟內窺鏡、工業領域的水下內窺鏡等等。
[0088] 表5:
[0090]雖然以上描述了本實用新型實施例的【具體實施方式】，但是熟悉本技術領域的技術 人員應當理解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用于對本實用新型的范 圍的限定，熟悉本領域的技術人員在依照本實用新型的精神所作的等效的修飾以及變化， 都應當涵蓋在本實用新型的權利要求所保護的范圍內。
【主權項】
1. 一種廣角成像鏡頭系統，其特征在于:沿光軸從物面側至像面側依次包括第一透鏡、 第二透鏡、第三透鏡和成像面； 所述第一透鏡具有負折光力； 所述第二透鏡具有正折光力，且其物面在近軸區域為凸表面、像面為凸表面； 所述第三透鏡具有負折光力，且其物面為凹表面； 其中一孔徑光闌置于物面側與第二透鏡之間;所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式： DT<0.02； 其中DT為每片鏡片厚度值公差。2. 根據權利要求1所述的鏡筒，其特征在于:所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式： FOV >90° ； 其中FOV為所述廣角成像鏡頭系統的視場角大小。3. 根據權利要求1所述的鏡筒，其特征在于:所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式： 3.67 <AC*1000 <4.45； 其中AC為第二透鏡像面的非球面系數總和。4. 根據權利要求1所述的鏡筒，其特征在于:所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式： 0.248<f <0.261； 其中f為所述廣角成像鏡頭系統的有效焦距。5. 根據權利要求1所述的鏡筒，其特征在于:所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式： 0.059 <BFL/TTL< 0.094； 其中TTL是器件高度，BEL是鏡頭系統的后焦距。6. 根據權利要求1所述的鏡筒，其特征在于:所述廣角成像鏡頭系統滿足關系式： DR<0.015； 其中DR為每片鏡片曲率半徑值公差。
【文檔編號】G02B13/06GK205562931SQ201620206496
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年3月17日
【發明人】孫鋒青
【申請人】廈門頡軒光電有限公司