CN101907765B - 光学变焦镜头及成像模组 - Google Patents

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Abstract

一种光学变焦镜头，其与一成像面对正设置。该光学变焦镜头从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、具有负光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组、具有正光焦度的第五透镜组以及具有正光焦度的第六透镜组。所述光学变焦镜头满足条件式：25＜TT/fw＜27，可有效限制光焦度以缩短总长度；满足条件式：8.5mm＜BFL＜12.5mm，可使用标准接口安装在影像感测器上；满足条件式：(v2+v5)-(v1+v6)＞60，可修正色差。其中，TT为第一透镜组的物侧端至成像面的距离，fw为该光学变焦镜头的最短焦距，BFL为第六透镜组的像侧端到成像面的距离，v1、v2、v5、v6分别为第一、二、五、六透镜组的阿贝数。本发明还提供一种成像模组。

Description

光学变焦镜头及成像模组
技术领域
本发明涉及成像技术，特别涉及一种光学变焦镜头及成像模组。
背景技术
近年来，随着市场需求与特性的改变，如今的网络摄影机广泛应用于军事防御、警力巡逻、居家安全等方面，其重要性与普遍性已逐渐提升。然而，目前市场上的日夜可用网络摄影机中的变焦镜头一般只有较低的光学变倍比。
另外，随着半导体技术的发展，应用于现有网络摄影机成像系统的影像感测器，如电荷耦合器(Charge Coupled Device，CCD)或补充性半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)装置，在提高像素的同时，朝小型化方向发展，以此满足消费者对成像系统的成像品质及便携性的要求。因此，成像系统中的变焦镜头既需提高分辨率又要缩小尺寸，以适应影像感测器高成像品质、小尺寸的需求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种小型化且成像品质高的光学变焦镜头及成像模组。
一种光学变焦镜头，其与一成像面对正设置。该光学变焦镜头从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、具有负光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组、具有正光焦度的第五透镜组以及具有正光焦度的第六透镜组。该光学变焦镜头满足条件式：25＜TT/fw＜27；8.5mm＜BFL＜12.5mm；(v2+v5)-(v1+v6)＞60。其中，TT为第一透镜组的物侧端至成像面的距离，fw为该光学变焦镜头的最短焦距，BFL为第六透镜组的像侧端到成像面的距离，v1、v2、v5、v6分别为第一、二、五、六透镜组的阿贝数。
一种成像模组，其包括一光学变焦镜头以及一与所述光学变焦镜头对正设置的影像感测器。所述光学变焦镜头从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、具有负光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组、具有正光焦度的第五透镜组以及具有正光焦度的第六透镜组。该成像模组满足条件式：25＜TT/fw＜27；8.5mm＜BFL＜12.5mm；(v2+v5)-(v1+v6)＞60；其中，TT为第一透镜组的物侧端至所述影像感测器的成像面的距离，fw为该光学变焦镜头的最短焦距，BFL为第六透镜组的像侧端到影像感测器的成像面的距离，v1、v2、v5、v6分别为第一、二、五、六透镜组的阿贝数。
所述光学变焦镜头满足条件式：25＜TT/fw＜27，可有效限制光焦度以缩短镜头长度；满足条件式：8.5mm＜BFL＜12.5mm，可使用标准接口安装在影像感测器上；满足条件式：(v2+v5)-(v1+v6)＞60，可修正色差，并使得白天和夜晚均可使用。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的成像模组在广角位置的结构示意图。
图2为本发明实施方式提供的成像模组在中角位置的结构示意图。
图3为本发明实施方式提供的成像模组在远摄位置的结构示意图。
图4为第一实施方式的成像模组在广角位置的场曲像差图。
图5为第一实施方式的成像模组在广角位置的畸变像差图。
图6为第一实施方式的成像模组在中角位置的场曲像差图。
图7为第一实施方式的成像模组在中角位置的畸变像差图。
图8为第一实施方式的成像模组在远摄位置的场曲像差图。
图9为第一实施方式的成像模组在远摄位置的畸变像差图。
图10为第二实施方式的成像模组在广角位置的场曲像差图。
图11为第二实施方式的成像模组在广角位置的畸变像差图。
图12为第二实施方式的成像模组在中角位置的场曲像差图。
图13为第二实施方式的成像模组在中角位置的畸变像差图。
图14为第二实施方式的成像模组在中角位置的场曲像差图。
图15为第二实施方式的成像模组在中角位置的畸变像差图。
具体实施方式
请参阅图1至图3，本发明第一实施方式的成像模组包括一光学变焦镜头100以及一与所述光学变焦镜头100对正设置的影像感测器200。本实施方式中，所述成像模组19应用于一网络摄像机中。
所述光学变焦镜头100从物侧到像侧依次包括具有正光焦度的第一透镜组10、具有负光焦度的第二透镜组20、具有负光焦度的第三透镜组30、具有正光焦度的第四透镜组40、具有正光焦度的第五透镜组50以及具有正光焦度的第六透镜组60。成像时，光线自物侧入射光学变焦镜头100，依次经第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30、第四透镜组40、第五透镜组50及第六透镜组60后汇聚(成像)于影像感测器200的一成像面99。所述光学变焦镜头100还可包括一保护玻璃97，其设置于所述成像面99的物侧，用于保护影像感测器200的感测面不受损坏。
所述光学变焦镜头100变焦时，所述第一、四、六透镜组10、40、60固定不动，所述第二、三、五透镜组20、30、50沿光轴移动。如此，可通过改变各透镜组之间的位置，来改变光学变焦镜头100的有效焦距，实现变焦功能。由于变焦时第一透镜组10固定不动，可将所述光学变焦镜头100设计在机身内进行变焦，使得其更容易实现小型化，且便于所述光学变焦镜头100防尘防水和减少损伤。
所述第一透镜组10从物侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一镜片11，具有正光焦度的第二镜片12及具有正光焦度的第三镜片13。具体地，第二镜片12胶合于第一镜片11，所述第一镜片11、第二镜片12及第三镜片13从物侧到像侧依次包括S1、S2、S3、S4、S5表面，其中，第一镜片11像侧表面与第二镜片12物侧表面重合为S2表面。
所述第二透镜组20从物侧到像侧依次包括具有负光焦度的第四镜片21，具有负光焦度的第五镜片22，及具有正光焦度的第六镜片23。具体地，第六镜片23胶合于第五镜片22，所述第四镜片21、第五镜片22及第六镜片23从物侧到像侧依次包括S6、S7、S8、S9、S10表面，其中，第五镜片22像侧表面与及第六镜片23物侧表面重合为S9表面。
所述第三透镜组30从物侧到像侧依次包括具有负光焦度的第七镜片31及具有正光焦度的第八镜片32。具体地，第八镜片32胶合于第七镜片31。所述第七镜片31、第八镜片32从物侧到像侧依次包括S11、S12、S13表面，其中，第七镜片31像侧表面与及第八镜片32物侧表面重合为S12表面。
所述第四透镜组40包括一正光焦度的第九镜片41。所述第九镜片41具有一像侧表面S14以及一物侧表面S15。所述第四透镜组40的物侧端固定设置有一光圈95，由于光圈95作动容易影响解析质量，因此固定光圈95于第四透镜组41，可使得制造上变量变少，并有效提升良率。
所述第五透镜组50从物侧到像侧依序包括具有正光焦度的第十镜片51，具有负光焦度的第十一镜片52，具有负光焦度的第十二镜片53以及具有正光焦度的第十三镜片54。具体的，第十一镜片52胶合于第十镜片51。所述第十镜片51、第十一镜片52、第十二镜片53、第十三镜片54从物侧到像侧依次包括S16、S17、S18、S19、S20、S21、S22表面，其中，第十镜片51像侧表面与第十一镜片52物侧表面重合为S20表面。
所述第六透镜组60从物侧到像侧依序包括具有负光焦度的第十四镜片61，具有正光焦度的第十五镜片62，具有正光焦度的第十六镜片63。所述第十四镜片61、第十五镜片62、第十六镜片63从物侧到像侧依次包括S23、S24、S25、S26、S27、S28表面。
为得到高变焦倍率、小型化的光学变焦镜头100，该光学变焦镜头100满足条件式：
25＜TT/fw＜27；                                            (1)
8.5mm＜BFL＜12.5mm；                                       (2)
(v2+v5)-(v1+v6)＞60；                                      (3)
其中，TT为第一镜片11物侧面至所述成像面99的距离，fw为该光学变焦镜头100的最短焦距，BFL为第十六镜片63的像侧面到成像面99的距离，v1、v2、v5、v6分别为第一、二、五、六透镜组10、20、50、60的阿贝数。
条件式(1)给出光学变焦镜头100的总长TT与最短有效焦距fw的关系，以此条件应用在光焦度为正-负-负-正-正-正排布的远摄(telephoto)成像结构中，可有效限制光焦度以缩短镜头长度，从而达到小型化目的。具体地，1/fw为光学变焦镜头100的光焦度，如TT/fw＞27，则光学变焦镜头100具有较大光焦度，使得光学变焦镜头100需使用更多透镜组成，无法得到小型化。如TT/fw＜25，则光学变焦镜头100的光焦度过小，无法有效平衡像差，影响解析品质。
条件式(2)限制光学变焦镜头100的后焦距BFL在8.5mm至12.5mm之间，使得所述光学变焦镜头100符合一般影像感测器200的安装规格，从而便于用户安装。
条件式(3)给出第二、五透镜组20、50的阿贝数之和与第一、六透镜组10、60的阿贝数之和的关系，以修正色差且使得该成像模组在白天及夜晚均可正常接收光线并成像。具体地，若此条件低于下限值60则会增大色差，降低成像质量。
另外，该光学变焦镜头100中至少包括两片非球面镜片，以有效缩小体积与提升解析。本实施方式中，第四镜片21以及第九镜片41为非球面镜片。
以透镜组表面中心为原点，光轴为x轴，所述非球面镜表面的非球面面型表达式为：
x = c h 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 + Σ A i h i
其中，c为镜面表面中心的曲率，k是二次曲面系数， h = Y 2 + Z 2 为从光轴到透镜组表面的高度，∑Aihi表示对Aihi累加，i为自然数，Ai为第i阶的非球面面型系数。
约定F为光学变焦镜头100的有效焦距，FNo为光学变焦镜头100的光圈数，2ω为光学变焦镜头100的视场角。R为对应表面的曲率半径，D为对应表面到后一个表面的轴上距离(两个表面截得光轴的长度)，Nd为对应透镜组对d光(波长为656.3纳米，下同)的折射率(下同)，Vd为d光在对应透镜组的阿贝数(abbe number，下同)。
以下结合图4至图15，以进一步说明光学变焦镜头100。
第一实施方式
本实施方式的光学变焦镜头100满足表1、表2及表3所列的条件。
表1
Figure G20091U2917620090604D000051
Figure G20091U2917620090604D000061
表2
  镜头状态   F(mm)   FNo   2ω   D5(mm)   D10(mm)   D13(mm)   D15(mm)   D22(mm)
  广角位置(图1所示)   4.5   1.8   68.9？   0.85   19.24   19.99   18.02   1.21
  中角位置(图2所示)   39.5   2.4   8.59？   31.74   2.65   5.69   7.5   11.72
  远摄位置(图3所示)   79   2.8   4.28？   36.46   2.75   0.87   2.8   16.42
表3
  表面   非球面面型系数
  第四镜片物侧表面   k＝0；A4＝0.0000658；A6＝-0.000000432；A8＝0.00000000186；A10＝-0.0000000000023
  第四镜片像侧表面   k＝2.69；A4＝0.0000415；A6＝-0.000000347；A8＝-0.000000000947；A10＝0.00000000000508
  第九镜片物侧表面   k＝0；A4＝0.0000202；A6＝0.000000137；A8＝0.00000000808；A10＝-0.0000000000976
  第九镜片像侧表面   k＝-98.46；A4＝0.0000464；A6＝0.000000143；A8＝0.00000000844；A10＝-0.0000000000934
本实施方式的光学变焦镜头100在广角位置(2ω＝68.9？)、中角位置(2ω＝8.59？)以及远摄位置(2ω＝4.28？)的场曲特性曲线及畸变特性曲线分别如图4至图9所示(图4、图5对应广角位置的光学变焦镜头100，图6、图7对应中角位置的光学变焦镜头100，图8、图9对应远摄位置的光学变焦镜头100)。图4、图6及图8中，曲线t及s分别为子午场曲(tangentialfield curvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线(下同)。可见，子午场曲值及弧矢场曲值被控制在-0.05mm~0.05mm之间。图5、图7及图9中，曲线dis为畸变特性曲线(下同)。可见，畸变量被控制在-6％~6％间。综前，第一实施方式的光学变焦镜头100在变焦时产生的场曲及畸变像差被控制(修正)在较小的范围内。
第二实施方式
本实施方式中，所述光学变焦镜头100a与第一实施方式的光学变焦镜头100结构基本相同，其区别在于：第二实施方式的光学变焦镜头100a满足表4、表5及表6所列的条件。
表4
Figure G20091U2917620090604D000071
Figure G20091U2917620090604D000081
表5
  镜头状态   F(mm)   FNo   2ω   D5(mm)   D10(mm)   D13(mm)   D15(mm)   D22(mm)
  广角位置(图1所示)   5   1.8   61.7？   0.85   37.4   9.54   14.84   3.18
  中角位置(图2所示)   45   2.4   7.62？   39.35   2.52   5.91   6.59   11.44
  远摄位置(图3所示)   89   2.8   3.83？   44.06   2.87   0.85   0.9   17.13
表6
Figure G20091U2917620090604D000082
本实施方式的光学变焦镜头100a在广角位置(2ω＝61.7？)、中角位置(2ω＝7.62？)以及远摄位置(2ω＝3.83？)的场曲特性曲线与畸变的特性曲线分别如图10-15所示(图10、图11对应广角位置的光学变焦镜头100a，图12、图13对应中角位置的光学变焦镜头100a，图14、图15对应远摄位置的光学变焦镜头100a)。可见，第二实施方式的光学变焦镜头100a产生的子午场曲值及弧矢场曲值被控制在-0.05mm~0.05mm间；畸变量被控制在-2％~2％之间。综前，第二实施方式的光学变焦镜头100a在变焦范围内产生的场曲及畸变像差被控制(修正)在较小的范围内。
综上所述，所述光学变焦镜头从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜组10、具有负光焦度的第二透镜组20、具有负光焦度的第三透镜组30、具有正光焦度的第四透镜组40、具有正光焦度的第五透镜组50以及具有正光焦度的第六透镜组60。其满足条件式：25＜TT/fw＜27，可有效限制光焦度以缩短镜头长度；满足条件式：8.5mm＜BFL＜12.5mm，可使用标准接口安装在影像感测器200上；满足条件式：(v2+v5)-(v1+v6)＞60，可修正色差，并使得白天和夜晚均可使用。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包括在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种光学变焦镜头，其与一成像面对正设置，该光学变焦镜头从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、具有负光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组、具有正光焦度的第五透镜组以及具有正光焦度的第六透镜组；其特征在于，该光学变焦镜头满足条件式：
25＜TT/fw＜27；
8.5mm＜BFL＜12.5mm；
(v2+v5)-(v1+v6)＞60；
其中，TT为第一透镜组的物侧端至成像面的距离，fw为该光学变焦镜头的最短焦距，BFL为第六透镜组的像侧端到成像面的距离，v1、v2、v5、v6分别为第一、二、五、六透镜组的阿贝数。
2.如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，该第一透镜组从物侧到像侧依序包括具有负光焦度的第一镜片、具有正光焦度的第二镜片及具有正光焦度的第三镜片，第二镜片胶合于第一镜片。
3.如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，第二透镜组从物侧到像侧依序包括具有负光焦度的第四镜片，具有负光焦度的第五镜片，及具有正光焦度的第六镜片，第六镜片胶合于第五镜片。
4.如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，第三透镜组从物侧到像侧依序包括具有负光焦度的第七镜片，具有正光焦度的第八镜片，该第八镜片胶合于第七镜片。
5.如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，第四透镜组包括一正光焦度的第九镜片。
6.如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，第五透镜组从物侧到像侧依序包括具有正光焦度的第十镜片，具有负光焦度的第十一镜片，具有负光焦度的第十二镜片以及具有正光焦度的第十三镜片，第十一镜片胶合于第十镜片。
7.如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，第六透镜组从物侧到像侧依序包括具有负光焦度的第十四镜片，具有正光焦度的第十五镜片以及具有正光焦度的第十六镜片。
8.如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，该光学变焦镜头中至少包括两片非球面镜片。
9.如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，该第四透镜组上固定有一光圈。
10.一种成像模组，其包括一光学变焦镜头以及一与所述光学变焦镜头对正设置的影像感测器，所述光学变焦镜头从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、具有负光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组、具有正光焦度的第五透镜组以及具有正光焦度的第六透镜组；其特征在于，该光学变焦镜头满足条件式：
25＜TT/fw＜27；
8.5mm＜BFL＜12.5mm；
(v2+v5)-(v1+v6)＞60；
其中，TT为第一透镜组的物侧端至所述影像感测器的成像面的距离，fw为该光学变焦镜头的最短焦距，BFL为第六透镜组的像侧端到影像感测器的成像面的距离，v1、v2、v5、v6分别为第一、二、五、六透镜组的阿贝数。
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