CN107272158A - 摄像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种摄像镜头。所述摄像镜头包括透镜组和设置在所述透镜组上的光阑,所述透镜组包括多个透镜,所述多个透镜中包含一个编码面,所述编码面上设有波前编码面形,所述编码面与所述光阑相邻。本发明的摄像镜头,叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头的光程分布,使得摄像镜头的MTF(调制传递函数)对离焦(像面位置偏离理想像面)不敏感,达到拓展焦深的目的。
Description
【技术领域】
本发明涉及光学成像技术领域,具体涉及一种具有波前编码面形的摄像镜头。
【背景技术】
近年来,随着摄像技术的发展及具有摄影功能的电子产品的兴起,摄像镜头被广泛地应用在各式产品中。
但是,传统摄像镜头随着离焦的增大,MTF(调制传递函数)急剧下降,且MTF曲线产生零点,造成图像信息丧失,不易成清晰图像,且会放大噪音。
另外,传统摄像镜头随着透镜/表面偏心的增大,MTF急剧下降,各个视场的MTF性能严重不一致,不易成清晰图像,且会放大噪音。
因而有必要研究一种具有新结构的摄像镜头。
【发明内容】
本发明针对解决摄像镜头随着离焦的增大以及表面偏心的增大,MTF急剧下降,且MTF曲线产生零点,造成图像信息丧失,不易成清晰图像,且会放大噪音的问题,而提供一种新型的摄像镜头。
为实现上述目的,本发明提供了一种摄像镜头,所述摄像镜头包括透镜组和设置在所述透镜组上的光阑,所述透镜组包括多个透镜,所述多个透镜中包含一个编码面,所述编码面上设有波前编码面形,所述编码面与所述光阑相邻。
优选地,所述编码面上各点的矢高Z满足下述关系式:
Z=Z1+Z2;
其中,Z1为传统面形的矢高,Z2为所述波前编码面形的矢高。
优选地,所述传统面形的矢高Z1满足偶次非球面方程。
优选地,所述波前编码面形的矢高Z2满足下述关系式:
其中,B为波前编码系数,n为所述编码面的材料在主波长λ处的折射率,D为所述波前编码面形的口径大小,x、y为所述波前编码面形上的坐标。
优选地,所述波前编码系数B满足下述关系式:
5π≤B≤50π。
优选地,所述摄像镜头还满足下述关系式:
0≤ds≤0.2mm;
其中,ds为所述波前编码面形的边缘与所述光阑之间的沿光轴方向的间距。
优选地,所述透镜组包括4个所述透镜。
优选地,所述编码面位于所述光阑的物侧。
优选地,所述编码面位于所述光阑的像侧。
本发明的有益效果是:本发明的摄像镜头,叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头的光程分布,使得摄像镜头的MTF(调制传递函数)对离焦(像面位置偏离理想像面)不敏感,各个视场的MTF性能几乎一致,且MTF曲线从高频到低频都没有出现零点,信息被很好地保存下来,能够用适当的滤波函数复原成清晰图像,达到拓展焦深的目的。另外,叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头的光程分布,使得摄像镜头的MTF对透镜/表面偏心不敏感,各个视场的MTF性能几乎一致,且MTF曲线从高频到低频都没有出现零点,信息被很好地保存下来,能够用适当的滤波函数复原成清晰图像,达到降低公差敏感度的目的。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例的摄像镜头的结构示意图;
图2a为第一实施例中的传统摄像镜头在对焦下的MTF曲线;
图2b为第一实施例中的传统摄像镜头在离焦0.024mm下的MTF曲线;
图2c为第一实施例中的传统摄像镜头在离焦0.048下的MTF曲线;
图3a为本发明第一实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在对焦下的MTF曲线;
图3b为本发明第一实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在离焦0.024mm下的MTF曲线;
图3c为本发明第一实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在离焦0.048mm下的MTF曲线;
图4a为第一实施例中的传统摄像镜头在L1R2面偏心0.001mm下的MTF曲线;
图4b为第一实施例中的传统摄像镜头在L1R2面偏心0.003mm下的MTF曲线;
图5a为本发明第一实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在L1R2面偏心0.001mm下的MTF曲线;
图5b为本发明第一实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在L1R2面偏心0.003mm下的MTF曲线;
图6是本发明第二实施例的摄像镜头的结构示意图;
图7a为第二实施例中的传统摄像镜头在对焦下的MTF曲线;
图7b为第二实施例中的传统摄像镜头在离焦0.024mm下的MTF曲线;
图7c为第二实施例中的传统摄像镜头在离焦0.048下的MTF曲线;
图8a为本发明第二实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在对焦下的MTF曲线;
图8b为本发明第二实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在离焦0.024mm下的MTF曲线;
图8c为本发明第二实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在离焦0.048mm下的MTF曲线;
图9a为第二实施例中的传统摄像镜头在L1R1面偏心0.001mm下的MTF曲线;
图9b为第二实施例中的传统摄像镜头在L1R1面偏心0.003mm下的MTF曲线;
图10a为本发明第二实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在L1R1面偏心0.001mm下的MTF曲线;
图10b为本发明第二实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在L1R1面偏心0.003mm下的MTF曲线。
【具体实施方式】
下面将用实施例进行说明本发明的摄像镜头LA。各实施例中所记载的符号如下所示。距离、半径与中心厚度的单位为mm。
f:摄像镜头LA整体的焦点距离;
f1:第一透镜L1的焦距;
f2:第二透镜L2的焦距;
f3:第三透镜L3的焦距;
f4:第四透镜L4的焦距;
Fno:F值;
2ω:全画角;
S1:光阑;
R:光学面的曲率半径,若是透镜R为中心曲率半径;
R1:第一透镜L1的物侧面的曲率半径;
R2:第一透镜L1的像侧面的曲率半径;
R3:第二透镜L2的物侧面的曲率半径;
R4:第二透镜L2的像侧面的曲率半径;
R5:第三透镜L3的物侧面的曲率半径;
R6:第三透镜L3的像侧面的曲率半径;
R7:第四透镜L4的物侧面的曲率半径;
R8:第四透镜L4的像侧面的曲率半径;
R9:玻璃平板GF的物侧面的曲率半径;
R10:玻璃平板GF的像侧面的曲率半径;
d:透镜的中心厚度与透镜之间的距离;
d0:从光阑S1到第一透镜L1的物侧面的轴上距离;
d1:第一透镜L1的中心厚度;
d2:第一透镜L1的像侧面到第二透镜L2的物侧面的轴上距离;
d3:第二透镜L2的中心厚度;
d4:第二透镜L2的像侧面到第三透镜L3的物侧面的轴上距离;
d5:第三透镜L3的中心厚度;
d6:第三透镜L3的像侧面到第四透镜L4的物侧面的轴上距离;
d7:第四透镜L4的中心厚度;
d8:第四透镜L4的像侧面到玻璃平板GF的物侧面的轴上距离;
d9:玻璃平板GF的中心厚度;
d10:玻璃平板GF的像侧面到像面的轴上距离;
nd:d线的折射率;
nd1:第一透镜L1的d线的折射率;
nd2:第二透镜L2的d线的折射率;
nd3:第三透镜L3的d线的折射率;
nd4:第四透镜L4的d线的折射率;
nd5:玻璃平板GF的d线的折射率;
νd:阿贝数;
ν1:第一透镜L1的阿贝数;
ν2:第二透镜L2的阿贝数;
ν3:第三透镜L3的阿贝数;
ν4:第四透镜L4的阿贝数;
ν5:玻璃平板GF的阿贝数;
TTL:光学长度(第一透镜L1的物侧面到像面的轴上距离);
LB:第四透镜L4的像侧面到像面的轴上距离(包含玻璃平板GF的厚度);
y=(x2/R)/[1+{1-(k+1)(x2/R2)}1/2]
+A4x4+A6x6+A8x8+A10x10+A12x12+A14x14+A16x16(1);
其中,R是轴上的曲率半径,k是圆锥系数,A4、A6、A8、A10、A12、A14和A16是非球面系数。
为方便起见,各个透镜面的非球面使用公式(1)中所示的非球面。但是,本发明不限于该公式(1)表示的非球面多项式形式。
下面结合图1至图10b对本发明作详细描述。
如图1所示,本发明提供了一种摄像镜头LA。所述摄像镜头LA包括透镜组,该透镜组可以包括多个透镜,例如,可以如图1所示,包括依次排列设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4。当然,该透镜组还可以包括其他数量以及类型的透镜,在此不作限定。
其中,上述摄像镜头LA还包括设置在所述透镜组上的光阑S1,以及多个透镜中包含一个编码面,也就是说,至少在一个透镜上,例如,第一透镜L1上设有编码面。该编码面上设有波前编码面形,所述编码面与所述光阑S1相邻。也就是说,编码面设置在光阑S1附近,例如,可以位于光阑S1的像侧,也可以位于光阑S1的物侧等,在此不作限定。
优选地,所述编码面上各点的失高Z满足下述关系式:
Z=Z1+Z2;
其中,Z1为传统面形的矢高,Z2为所述波前编码面形的矢高。
优选地,所述传统面形的矢高Z1满足偶次非球面方程,具体地,该传统面形的失高Z1所满足的方程可以参考前文记载的公式(1),在此不作赘述。
优选地,所述波前编码面形的矢高Z2满足下述关系式:
其中,B为波前编码系数,n为所述编码面的材料在主波长λ处的折射率,D为所述波前编码面形的口径大小,x、y为所述波前编码面形上的坐标。
优选地,所述波前编码系数B满足下述关系式:
5π≤B≤50π。
更优选地,所述波前编码系数B满足5π≤B≤10π。
优选地,所述摄像镜头还满足下述关系式:
0≤ds≤0.2mm;
其中,ds为所述波前编码面形的边缘与所述光阑S1之间的沿光轴方向的间距。
更优选的,所述摄像镜头满足0.02≤ds≤0.1mm。
优选地,所述编码面位于所述光阑S1的物侧。
优选地,所述编码面位于所述光阑S1的像侧。
本发明的摄像镜头LA,叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头LA的光程分布,使得摄像镜头LA的MTF(调制传递函数)对离焦(像面位置偏离理想像面)不敏感,各个视场的MTF性能几乎一致,且MTF曲线从高频到低频都没有出现零点,信息被很好地保存下来,能够用适当的滤波函数复原成清晰图像,达到拓展焦深的目的,具体地,可以如下两个实施例所示。
另外,本发明的摄像镜头LA,叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头LA的光程分布,使得摄像镜头LA的MTF对透镜/表面偏心不敏感,各个视场的MTF性能几乎一致,且MTF曲线从高频到低频都没有出现零点,信息被很好地保存下来,能够用适当的滤波函数复原成清晰图像,达到降低公差敏感度的目的,具体地,可以如下两个实施例所示。
实施例1:
如图1所示,本发明的摄像镜头LA包括依次排列的四个透镜,分别为第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4。
其中,图1示意了所述编码面位于所述光阑S1的物侧,也即L1R1面,波前编码系数B=5π,第一透镜L1的焦距f1=2.20、第二透镜L2的焦距f2=-5.56、第三透镜L3的焦距f3=1.69、第四透镜L4的焦距f4=-1.40,该摄像镜头LA的组合焦距f=2.92,该摄像镜头LA的视角FOV=75.6°,像高IH=2.297mm,光学长度TTL=3.4,光圈数FNo=2。
该第一实施例中摄像镜头LA的其他光学参数如表1和表2所示。其中,表1的数据有:实施例1中构成摄像镜头LA的第一透镜L1~第四透镜L4的物侧面以及像侧面的曲率半径R、透镜的中心厚度以及透镜间的轴上距离d、折射率nd、阿贝数νd。表2中的数据有:圆锥系数k、非球面系数。
【表1】
【表2】
传统的摄像镜头在不同离焦量下的MTF曲线如图2a、图2b、图2c所示。其中,图2a示意了在对焦下的传统摄像镜头的MTF曲线,图2b示意了在离焦0.024mm下的传统摄像镜头的MTF曲线。图2c示意了在离焦0.048下的传统摄像镜头的MTF曲线。
由图2a、图2b和图2c可以得出:传统摄像镜头随着离焦的增大,MTF急剧下降,且MTF曲线产生零点,造成图像信息丧失,不易复原成清晰图像,且会放大噪音。该传统摄像镜头的焦深范围为:
DOF=±2λ(F/#)2=±0.006mm。
本实施例结构的摄像镜头LA叠加了波前编码面形,在不同离焦量下的MTF曲线如图3a、图3b和图3c所示。
其中,图3a为在对焦下的本实施例结构的摄像镜头LA的MTF曲线。图3b示意了在离焦0.024mm下的本实施例结构的摄像镜头LA的MTF曲线。图3c示意了在离焦0.048下的本实施例结构的摄像镜头LA的MTF曲线。
由图3a、图3b和图3c可以看出,叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头LA的光程分布,使得摄像镜头LA的MTF对离焦(像面位置偏离理想像面)不敏感,各个视场的MTF性能几乎一致,且MTF曲线从高频到低频都没有出现零点,信息被很好地保存下来,能够用适当的滤波函数复原成清晰图像,达到拓展焦深的目的。该波前编码摄像镜头LA的焦深范围为:0.048mm,约为相同规格传统摄像镜头的8倍。
传统摄像镜头在表面偏心下的MTF曲线如图4a和图4b所示。其中,图4a示意了在L1R2面偏心0.001mm下的传统摄像镜头的MTF曲线,图4b示意了在L1R2面偏心0.003mm下的传统摄像镜头的MTF曲线。
由图4a和图4b可以看出,传统摄像镜头随着表面偏心的增大,MTF急剧下降,各个视场的MTF性能严重不一致,不易复原成清晰图像,且会放大噪音。该传统摄像镜头的偏心容忍量约为0.001mm,即在偏心0.001mm以内能满足要求。
本实施例结构的摄像镜头LA叠加了波前编码面形,其在表面偏心下的MTF曲线如图5a、图5b所示。其中,图5a示意了在L1R2面偏心0.001mm下的本实施例结构的摄像镜头LA的MTF曲线,图5b示意了在L1R2面偏心0.003mm下的本实施例结构的摄像镜头LA的MTF曲线。
由图5a和图5b可以看出,叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头LA的光程分布,使得摄像镜头LA的MTF对透镜/表面偏心不敏感,各个视场的MTF性能几乎一致,且MTF曲线从高频到低频都没有出现零点,信息被很好地保存下来,能够用适当的滤波函数复原成清晰图像,达到降低公差敏感度的目的。该波前编码摄像镜头LA的偏心容忍量为:0.003mm,即在偏心0.003mm以内能满足要求,约为相同规格传统摄像镜头的偏心容忍量的3倍。
实施例2:
如图6所示,本发明的摄像镜头LA包括依次排列的四个透镜,分别为第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4。其中,图6示意了所述编码面位于所述光阑S1的像侧,也即L1R2面,波前编码系数B=5π,第一透镜L1的焦距f1=2.62、第二透镜L2的焦距f2=-5.77、第三透镜L3的焦距f3=1.37、第四透镜L4的焦距f4=-2.08,该摄像镜头LA的组合焦距f=2,该摄像镜头LA的视角FOV=83°,像高IH=1.814mm,光学长度TTL=2.967,光圈数FNo=2。
该第二实施例中摄像镜头LA的其他光学参数如表3和表4所示。其中,表3的数据有:实施例2中构成摄像镜头LA的第一透镜L1~第四透镜L4的物侧面以及像侧面的曲率半径R、透镜的中心厚度以及透镜间的轴上距离d、折射率nd、阿贝数νd。表4中的数据有:圆锥系数k、非球面系数。
【表3】
【表4】
传统的摄像镜头在不同离焦量下的MTF曲线如图7a、图7b、图7c所示。其中,图7a示意了在对焦下的传统摄像镜头的MTF曲线,图7b示意了在离焦0.024mm下的传统摄像镜头的MTF曲线。图7c示意了在离焦0.048下的传统摄像镜头的MTF曲线。
由图7a、图7b和图7c可以得出:传统摄像镜头随着离焦的增大,MTF急剧下降,且MTF曲线产生零点,造成图像信息丧失,不易复原成清晰图像,且会放大噪音。该传统摄像镜头的焦深范围为:
DOF=±2λ(F/#)2=±0.005mm。
本实施例结构的摄像镜头LA叠加了波前编码面形,在不同离焦量下的MTF曲线如图8a、图8b和图8c所示。
其中,图8a为在对焦下的本实施例结构的摄像镜头LA的MTF曲线。图8b示意了在离焦0.024mm下的本实施例结构的摄像镜头LA的MTF曲线。图8c示意了在离焦0.048下的本实施例结构的摄像镜头LA的MTF曲线。
由图8a、图8b和图8c可以看出,叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头LA的光程分布,使得摄像镜头LA的MTF对离焦(像面位置偏离理想像面)不敏感,各个视场的MTF性能几乎一致,且MTF曲线从高频到低频都没有出现零点,信息被很好地保存下来,能够用适当的滤波函数复原成清晰图像,达到拓展焦深的目的。该波前编码摄像镜头LA的焦深范围为:0.04mm,约为相同规格传统摄像镜头的8倍。
传统摄像镜头在表面偏心下的MTF曲线如图9a和图9b所示。其中,图9a示意了在L1R1面偏心0.001mm下的传统摄像镜头的MTF曲线,图9b示意了在L1R1面偏心0.003mm下的传统摄像镜头的MTF曲线。
由图9a和图9b可以看出,传统摄像镜头随着表面偏心的增大,MTF急剧下降,各个视场的MTF性能严重不一致,不易复原成清晰图像,且会放大噪音。该传统摄像镜头的偏心容忍量约为0.001mm,即偏心在0.001mm以内能满足要求。
本实施例结构的摄像镜头LA叠加了波前编码面形,其在表面偏心下的MTF曲线如图10a、图10b所示。其中,图10a示意了在L1R1面偏心0.001mm下的本实施例结构的摄像镜头LA的MTF曲线,图10b示意了在L1R1面偏心0.003mm下的本实施例结构的摄像镜头LA的MTF曲线。
由图10a和图10b可以看出,叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头LA的光程分布,使得摄像镜头LA的MTF对透镜/表面偏心不敏感,各个视场的MTF性能几乎一致,且MTF曲线从高频到低频都没有出现零点,信息被很好地保存下来,能够用适当的滤波函数复原成清晰图像,达到降低公差敏感度的目的。该波前编码摄像镜头LA的偏心容忍量为:0.003mm,及偏心在0.003mm以内能满足要求,约为相同规格传统摄像镜头的3倍。
以上所述的仅是本发明的实施方式,在此应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出改进,但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种摄像镜头,所述摄像镜头包括透镜组和设置在所述透镜组上的光阑,所述透镜组包括多个透镜,其特征在于:所述多个透镜中包含一个编码面,所述编码面上设有波前编码面形,所述编码面与所述光阑相邻。
2.根据权利要求1所述的摄像镜头,其特征在于:所述编码面上各点的矢高Z满足下述关系式:
Z=Z1+Z2;
其中,Z1为传统面形的矢高,Z2为所述波前编码面形的矢高。
3.根据权利要求2所述的摄像镜头,其特征在于:所述传统面形的矢高Z1满足偶次非球面方程。
4.根据权利要求2所述的摄像镜头,其特征在于:所述波前编码面形的矢高Z2满足下述关系式:
<mrow>
<mi>Z</mi>
<mn>2</mn>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>B</mi>
<mi>&lambda;</mi>
</mrow>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>&pi;</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>n</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>D</mi>
<mo>/</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>3</mn>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msup>
<mi>x</mi>
<mn>3</mn>
</msup>
<mo>+</mo>
<msup>
<mi>y</mi>
<mn>3</mn>
</msup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>,</mo>
<msup>
<mi>x</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>+</mo>
<msup>
<mi>y</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>&le;</mo>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>D</mi>
<mo>/</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中,B为波前编码系数,n为所述编码面的材料在主波长λ处的折射率,D为所述波前编码面形的口径大小,x、y为所述波前编码面形上的坐标。
5.根据权利要求4所述的摄像镜头,其特征在于:所述波前编码系数B满足下述关系式:
5π≤B≤50π。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的摄像镜头,其特征在于:所述摄像镜头还满足下述关系式:
0≤ds≤0.2mm;
其中,ds为所述波前编码面形的边缘与所述光阑之间的沿光轴方向的间距。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的摄像镜头,其特征在于:所述透镜组包括4个所述透镜。
8.根据权利要求1至5任意一项所述的摄像镜头,其特征在于:所述编码面位于所述光阑的物侧。
9.根据权利要求1至5任意一项所述的摄像镜头,其特征在于:所述编码面位于所述光阑的像侧。
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