一种广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统的制作方法

1.本发明涉及镜头技术领域，特别是一种广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统。


背景技术：

2.随着视频通讯的应用越来越广泛，对于视场角的要求也随之增高，广角镜头由于具备视场角大，拍摄画幅广的优点受到越来越多关注。然而，现有广角镜头普遍存在畸变大、靶面小、成像不清晰问题，难以满足多种场合使用要求，尤其是高端市场对于高分辨率、大靶面、紧凑型广角镜头的需求仍然在增加。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种成像质量高、紧凑的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统。
4.根据本发明实施例的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度、球面的第一透镜l1，所述第一透镜l1的物侧面为凸面，所述第一透镜l1的像侧面为凹面；具有负光焦度、非球面的第二透镜l2，所述第二透镜l2的物侧面为凸面，所述第二透镜l2的像侧面为凹面；具有负光焦度、非球面的第三透镜l3，所述第三透镜l3的物侧面和像侧面分别为凹面；具有正光焦度、非球面的第四透镜l4，所述第四透镜l4的物侧面和像侧面分别为凸面；光阑sto；具有正光焦度、非球面的第五透镜l5，所述第五透镜l5的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度、非球面的第六透镜l6，所述第六透镜l6的物侧面和像侧面分别为凹面；具有正光焦度、球面的第七透镜l7，所述第七透镜l7的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度、非球面的第八透镜l8，所述第八透镜l8的物侧面和像侧面分别为凹面；具有正光焦度、非球面的第九透镜l9，所述第九透镜l9的物侧面和像侧面均为凸面；ttl≤25.5mm，ttl为所述第一透镜l1的物侧面至成像面之间的距离。
5.根据本发明实施例的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，满足以下条件式：ttl/efl≤10，efl为光学系统的有效焦距。
6.根据本发明实施例的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，满足以下条件式：2.0≤f≤2.4，其中f为光圈值。
7.根据本发明实施例的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，满足以下条件式：8.0mm≤ic≤9.5mm，ic为定焦镜头的像面直径。
8.根据本发明实施例的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，满足以下条件式：d1《20mm，d1为所述第一透镜l1的直径。
9.根据本发明实施例的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，满足以下条件式：-23《f1《-18；-8《f2《-5；-15《f3《-7；4《f4《8；8《f5《15；-9《f6《-4；4《f7《9；-10《f8《-5；5《f9《10；其中，f1为第一透镜l1的焦距，f2为第二透镜l2的焦距，f3为第三透镜l3的焦距，f4为第四透镜l4的焦距，f5为第五透镜l5的焦距，f6为第六透镜l6的焦距，f7为第七透镜l7的焦距，f8为第八透镜l8的焦距，f9为第九透镜l9的焦距。
10.根据本发明实施例的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，满足以下条件式：
11.1.45≤n1≤1.70；60.0≤v1≤90.0；
12.1.50≤n2≤1.60；50.0≤v2≤70.0；
13.1.55≤n3≤1.70；18.0≤v3≤26.0；
14.1.55≤n4≤1.80；20.0≤v4≤56.0；
15.1.50≤n5≤1.75；20.0≤v5≤40.0；
16.1.50≤n6≤1.75；20.0≤v6≤40.0；
17.1.40≤n7≤1.60；70.0≤v7≤100.0；
18.1.50≤n8≤1.75；20.0≤v8≤40.0；
19.1.50≤n9≤1.65；50.0≤v9≤70.0；
20.其中n1～n9为所述第一透镜l1～所述第九透镜l9的折射率，v1～v9为所述第一透镜l1～所述第九透镜l9的色散系数。
21.根据本发明实施例的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，所述第九透镜l9的像侧面设有感光芯片image，并在所述第九透镜l9和所述image之间设有保护玻璃cg和滤光片。
22.根据本发明实施例的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，至少具有如下有益效果：通过设置负光焦度的第一透镜，有利于光学系统光线的收集，可有效增大视场范围；通过设置正光焦度的第四透镜，承担了系统较大的光焦度，改变光束的传播方向，更有利于光束在像面上成像；在第四透镜l4和第五透镜l5之间设有光阑stop，用以根据实际情况调节光通量，提高成像质量；镜头总长控制在25.5mm以内,该镜头能够很好地控制光线走势，在引入更多的光线的同时使结构更加紧凑；并通过合理布置非球面透镜使得各种像差得到校正，提升了边缘画质，成像质量高。
23.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
24.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明；
25.图1是广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统的镜头分布图；
26.图2是广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统的球差曲线示意图；
27.图3是广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统的光线像差曲线示意图；
28.图4是广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统的场区畸变示意图；
29.图5是广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统的20℃mtf图；
30.图6是广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统的-30℃mtf图；
31.图7是广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统的70℃mtf图。
具体实施方式
32.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。
34.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
35.参照图1至图7，本发明一种广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度、球面的第一透镜l1，所述第一透镜l1的物侧面为凸面，所述第一透镜l1的像侧面为凹面；具有负光焦度、非球面的第二透镜l2，所述第二透镜l2的物侧面为凸面，所述第二透镜l2的像侧面为凹面；具有负光焦度、非球面的第三透镜l3，所述第三透镜l3的物侧面和像侧面分别为凹面；具有正光焦度、非球面的第四透镜l4，所述第四透镜l4的物侧面和像侧面分别为凸面；光阑sto；具有正光焦度、非球面的第五透镜l5，所述第五透镜l5的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度、非球面的第六透镜l6，所述第六透镜l6的物侧面和像侧面分别为凹面；具有正光焦度、球面的第七透镜l7，所述第七透镜l7的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度、非球面的第八透镜l8，所述第八透镜l8的物侧面和像侧面分别为凹面；具有正光焦度、非球面的第九透镜l9，所述第九透镜l9的物侧面和像侧面均为凸面；ttl≤25.5mm，ttl为所述第一透镜l1的物侧面至成像面之间的距离。其中，所述第七透镜l7采用玻璃材料，第一透镜l1～第六透镜l6和第八透镜l8、第九透镜l9可分别采用塑胶材质；所述第九透镜l9的像侧面设有感光芯片image，并在所述第九透镜l9和所述image之间设有保护玻璃cg和滤光片，保护玻璃cg可为感光芯片image提供有效保护，滤光片可以滤除杂散光，进一步提高成像质量。
36.通过设置负光焦度的第一透镜l1，有利于光学系统光线的收集，可有效增大视场范围；通过设置正光焦度的第四透镜l4，承担了系统较大的光焦度，改变光束的传播方向，更有利于光束在像面上成像；通过在正光焦度的第七透镜l7上采用高阿贝数的玻璃材料，更好的校正了镜头的色差；通过综合设置各个透镜的光焦度以及形状的配合关系，可实现紧凑且轻量化。该镜头能够很好地控制光线走势，在引入更多的光线的同时使结构更加紧凑，镜头总长控制在25.5mm以内。并通过合理布置非球面透镜使得各种像差得到校正，提升了边缘画质，成像质量高。在孔径方面，光圈值f满足2.0≤f≤2.4，像面高度可达φ9mm，镜头在弱光下也可清晰成像，且通过不同同透镜相互组合及合理分配光焦度，具有大视角、高像素、以及非常好的消热差等良好性能，视野更广阔，获得数据信息更加充分。
37.在某些实施例中，光学系统满足以下条件式：ttl/efl≤10，efl为光学系统的有效焦距，采用不同透镜相互组合及合理分配光焦度，具有大视角、高像素、低畸变以及非常好的消热差等良好性能。
38.在某些实施例中，光学系统满足以下条件式：8.0mm≤ic≤9.5mm，ic为定焦镜头的像面直径，靶面大；d1《20mm，d1为所述第一透镜l1的直径，能够避免镜头的口径过大，满足最终产品的安装空间要求。
39.在某些实施例中，光学系统满足以下条件式：-23《f1《-18；-8《f2《-5；-15《f3《-7；4
《f4《8；8《f5《15；-9《f6《-4；4《f7《9；-10《f8《-5；5《f9《10；其中，f1为第一透镜l1的焦距，f2为第二透镜l2的焦距，f3为第三透镜l3的焦距，f4为第四透镜l4的焦距，f5为第五透镜l5的焦距，f6为第六透镜l6的焦距，f7为第七透镜l7的焦距，f8为第八透镜l8的焦距，f9为第九透镜l9的焦距。
40.在某些实施例中，光学系统满足以下条件式：
41.1.45≤n1≤1.70；60.0≤v1≤90.0；
42.1.50≤n2≤1.60；50.0≤v2≤70.0；
43.1.55≤n3≤1.70；18.0≤v3≤26.0；
44.1.55≤n4≤1.80；20.0≤v4≤56.0；
45.1.50≤n5≤1.75；20.0≤v5≤40.0；
46.1.50≤n6≤1.75；20.0≤v6≤40.0；
47.1.40≤n7≤1.60；70.0≤v7≤100.0；
48.1.50≤n8≤1.75；20.0≤v8≤40.0；
49.1.50≤n9≤1.65；50.0≤v9≤70.0；
50.其中n1～n9为所述第一透镜l1～所述第九透镜l9的折射率，v1～v9为所述第一透镜l1～所述第九透镜l9的色散系数。
51.通过不同透镜的相互组合及其合理分配光焦度，使光学系统具有大孔径、大视角、高像素、以及非常好的消热差等良好性能。
52.在本发明各个实施例中，各个非球面面型均满足如下方程式：
[0053][0054]
其中，z表示非球面z向的轴向矢高；y表示非球面的高度；c表示拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数，k表示圆锥系数，4阶项、6阶项、8阶项、10阶项、12阶项、14阶项、16阶项分别表示高次非球面系数。
[0055][0056]
请参阅图1，所示为本发明实施例1提供的光学系统的结构示意图，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、第四透镜l4、光阑stop、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8、保护玻璃cg和第九透镜，各个透镜的光学中心位于同一直线上，第一透镜l1为塑胶球面、第二透镜l2～第六透镜l6、第八透镜l8和第九透镜l9分别为塑胶非球面，第七透镜l7为玻璃球面。
[0057]
本实施例提供的各个镜片相关参数如表1-1所示。
[0058]
表1-1
[0059]
面序号面型(mm)曲率半径(mm)厚度(mm)折射率色散系数半直径(mm)l1物侧面球面23.5031.0451.4870.49.052l1像侧面球面6.6471.0275.942l2物侧面非球面8.8281.4581.5455.65.788l2像侧面非球面2.1994.3403.684l3物侧面非球面13.3791.0901.6719.33.508
l3像侧面非球面4.0550.0943.300l4物侧面非球面4.9952.7251.6125.63.260l4像侧面非球面-5.3281.7583.154sto球面inf0.0771.612l5物侧面非球面119.0640.5291.6125.61.606l5像侧面非球面-6.5450.4511.553l6物侧面非球面32.0320.3821.6125.61.556l6像侧面非球面3.2150.1081.721l7物侧面球面6.3952.4461.4690.22.727l7像侧面球面-3.3820.0802.727l8物侧面非球面-10.7570.7141.6125.62.248l8像侧面非球面6.0960.0582.846l9物侧面非球面7.0372.9641.5455.63.316l9像侧面非球面-4.6912.3783.58220球面inf0.2101.5264.24.17021球面inf0.9704.19322球面inf0.41.5264.24.35823球面inf0.14.40324球面inf4.420
[0060]
本实施例中的非球面透镜的相关参数如表1-2所示。
[0061]
表1-2
[0062]
面序号k4阶项6阶项8阶项10阶项12阶项14阶项16阶项l2物侧面0.9481.87e-03-1.56e-046.65e-06-1.62e-072.08e-09-1.26e-112.60e-14l2像侧面-0.9993.98e-038.76e-05-7.32e-059.17e-06-4.79e-079.21e-09-5.62e-11l3物侧面0.176-1.60e-021.14e-03-3.69e-05-1.26e-075.75e-08-2.38e-094.18e-11l3像侧面-1.419-1.44e-022.23e-03-2.86e-042.38e-05-1.15e-062.45e-08-2.48e-11l4物侧面-6.3576.58e-03-2.80e-04-8.44e-051.39e-05-9.59e-071.37e-086.05e-10l4像侧面0.9224.65e-03-8.09e-052.28e-05-3.70e-061.88e-07-2.17e-099.19e-11l5物侧面150.7801.81e-02-8.47e-043.33e-04-8.15e-052.98e-058.52e-06-9.91e-07l5像侧面-7.3072.44e-02-6.06e-032.05e-03-4.39e-047.88e-053.16e-069.56e-07l6物侧面-137.952-1.44e-02-1.76e-031.06e-03-2.05e-042.45e-05-1.14e-06-8.17e-08l6像侧面-0.842-3.16e-026.77e-03-1.15e-031.08e-041.05e-051.56e-06-1.08e-06l8物侧面-2.350-1.76e-025.69e-04-1.02e-05-2.12e-056.16e-063.44e-07-8.92e-08l8像侧面1.017-1.47e-021.36e-03-1.20e-048.46e-06-1.67e-07-1.30e-086.37e-10l9物侧面0.674-2.91e-036.20e-056.53e-05-1.26e-051.14e-06-5.51e-081.13e-09l9像侧面0.2291.13e-037.45e-051.39e-051.47e-06-8.89e-08-7.52e-094.19e-10
[0063]
如图2所示为本实施例中光学系统的球差曲线示意图，横轴表示轴向像差(单位：mm)，纵轴表示归一化光瞳半径。从图中可以看出，光瞳半径为0.6608mm时，像差的偏移量控制在-0.015～0.037mm以内，说明该广角镜头能够有效地矫正轴上点球差。
[0064]
如图3所示为本实施例中光学系统的光线像差曲线示意图，从图中可以看出，最大缩放比例为
±
20um。
[0065]
如图4所示为本实施例中光学系统的场区畸变示意图，视场角为60度时，最大畸变率为7.8％，视场角小于50度时，畸变率小于3％，畸变小。
[0066]
如图5所示为本实施例中光学系统的20℃mtf图，横轴表示空间频率(单位：lp/mm)，纵轴表示otf系数。从图中可以看出，在180lp/mm的空间频率下mtf基本在0.4以上，说明广角镜头拥有较高的分辨率。
[0067]
如图6所示为本实施例中光学系统的-30℃mtf图，横轴表示空间频率(单位：lp/mm)，纵轴表示otf系数。从图中可以看出，在180lp/mm的空间频率下mtf基本在0.3以上，说明广角镜头拥有较高的分辨率。
[0068]
如图7所示为本实施例中光学系统的70℃mtf图，横轴表示空间频率(单位：lp/mm)，纵轴表示otf系数。从图中可以看出，在180lp/mm的空间频率下mtf基本在0.3以上，说明广角镜头拥有较高的分辨率。
[0069]
即，该光学系统成像质量高、重量轻、低畸变，同时能够在-30℃到70℃大温差的环境下稳定工作，适用范围广。
[0070]
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述优选方式可以自由地组合和叠加。
[0071]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度、球面的第一透镜l1，所述第一透镜l1的物侧面为凸面，所述第一透镜l1的像侧面为凹面；具有负光焦度、非球面的第二透镜l2，所述第二透镜l2的物侧面为凸面，所述第二透镜l2的像侧面为凹面；具有负光焦度、非球面的第三透镜l3，所述第三透镜l3的物侧面和像侧面分别为凹面；具有正光焦度、非球面的第四透镜l4，所述第四透镜l4的物侧面和像侧面分别为凸面；光阑sto；具有正光焦度、非球面的第五透镜l5，所述第五透镜l5的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度、非球面的第六透镜l6，所述第六透镜l6的物侧面和像侧面分别为凹面；具有正光焦度、球面的第七透镜l7，所述第七透镜l7的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度、非球面的第八透镜l8，所述第八透镜l8的物侧面和像侧面分别为凹面；具有正光焦度、非球面的第九透镜l9，所述第九透镜l9的物侧面和像侧面均为凸面；ttl≤25.5mm，ttl为所述第一透镜l1的物侧面至成像面之间的距离。2.根据权利要求1所述的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，其特征在于，满足以下条件式：ttl/efl≤10，efl为光学系统的有效焦距。3.根据权利要求1所述的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，其特征在于，满足以下条件式：2.0≤f≤2.4，其中f为光圈值。4.根据权利要求1所述的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，其特征在于，满足以下条件式：8.0mm≤ic≤9.5mm，ic为定焦镜头的像面直径。5.根据权利要求1所述的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，其特征在于，满足以下条件式：d1<20mm，d1为所述第一透镜l1的直径。6.根据权利要求1所述的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，其特征在于，满足以下条件式：-23<f1<-18；-8<f2<-5；-15<f3<-7；4<f4<8；8<f5<15；-9<f6<-4；4<f7<9；-10<f8<-5；5<f9<10；其中，f1为第一透镜l1的焦距，f2为第二透镜l2的焦距，f3为第三透镜l3的焦距，f4为第四透镜l4的焦距，f5为第五透镜l5的焦距，f6为第六透镜l6的焦距，f7为第七透镜l7的焦距，f8为第八透镜l8的焦距，f9为第九透镜l9的焦距。7.根据权利要求1所述的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，其特征在于，满足以下条件式：1.45≤n1≤1.70；60.0≤v1≤90.0；1.50≤n2≤1.60；50.0≤v2≤70.0；1.55≤n3≤1.70；18.0≤v3≤26.0；1.55≤n4≤1.80；20.0≤v4≤56.0；1.50≤n5≤1.75；20.0≤v5≤40.0；1.50≤n6≤1.75；20.0≤v6≤40.0；1.40≤n7≤1.60；70.0≤v7≤100.0；1.50≤n8≤1.75；20.0≤v8≤40.0；1.50≤n9≤1.65；50.0≤v9≤70.0；
其中n1～n9为所述第一透镜l1～所述第九透镜l9的折射率，v1～v9为所述第一透镜l1～所述第九透镜l9的色散系数。8.根据权利要求1所述的广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，其特征在于：所述第九透镜l9的像侧面设有感光芯片image，并在所述第九透镜l9和所述image之间设有保护玻璃cg和滤光片。

技术总结
本发明公开了一种广角低畸变大靶面定焦镜头光学系统，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，所述第三透镜L3的物侧面和像侧面分别为凹面；第四透镜L4，所述第四透镜L4的物侧面和像侧面分别为凸面；光阑STO；第五透镜L5，所述第五透镜L5的物侧面和像侧面均为凸面；第六透镜L6，所述第六透镜L6的物侧面和像侧面分别为凹面；第七透镜L7，所述第七透镜L7的物侧面和像侧面均为凸面；第八透镜L8，所述第八透镜L8的物侧面和像侧面分别为凹面；第九透镜L9，所述第九透镜L9的物侧面和像侧面均为凸面；TTL≤25.5mm，TTL为所述第一透镜L1的物侧面至成像面之间的距离。距离。距离。


技术研发人员：贺昊 欧俊星 鲍康倩 邱盛平 王浩
受保护的技术使用者：中山联合光电科技股份有限公司
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/10/20