CN103048773A

CN103048773A - 一种具有后焦补偿的光学镜头

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Publication number: CN103048773A
Application number: CN2012105127688A
Authority: CN
Inventors: 谢前森; 裘文伟
Original assignee: Ningbo Sunny Opotech Co Ltd
Current assignee: Ningbo Sunny Opotech Co Ltd
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-03
Also published as: CN103048773B

Abstract

本发明公开一种具有后焦补偿的光学镜头，从物方至像方依次为具有负的光焦度的前透镜群组、具有正的光焦度的后透镜群组；前透镜群组是月牙型的具有负光焦度的第一透镜；后透镜群组由四个透镜单元组成，第二透镜和第五透镜为双凸的具有正光焦度的镜片，第三透镜为双凹的具有负光焦度的镜片，第四透镜为具有正光焦度的凹面朝向物方的正弯月镜片；光学镜头的光阑位于第二透镜的前面或后面；第四透镜或第五透镜至少有一枚元件作为后焦补偿镜片，满足：Vd＞72，dn/dt＜-5*10-6，Vd是指镜片材料的阿贝常数，dn/dt是指镜片折射率随温度变化的变化量。所述镜头在-40℃至+85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。

Description

一种具有后焦补偿的光学镜头

技术领域

本发明设计一种具有新功能的广角镜头，尤其适用于具有后焦补偿技术的监控或车载前视镜头。

背景技术

一般的镜头不具备抑制镜头热漂移的功能，在温度升高或降低的状态下，镜头的光学后焦也会随温度的变化而变化，必须调整镜头机械后焦去补偿，才能保持好的解像。但目前如车载类的定焦镜头的应用，要求有较宽的的工作温度范围，在-40℃～+85℃温度范围内正常工作。一方面随温度变化，镜头模组随着镜头底座的热涨冷缩，使得像面与镜头间的距离（FFL）会发生变化，导致镜头偏离最佳像面。另一方面，镜头因镜片等部件随温度变化，导致最佳像面也会偏离。一般镜头的这两种效应是相互叠加的（即综合的最佳像面的偏移量很大），导致成像更加恶化。所以需要我们在设计上取得这两种效应相互抵消，使得镜头具有好的后焦补偿特性，满足镜头在-40℃至+85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。

现有广角镜头的专利基本都没有考虑镜头的温度补偿功能。如日本专利号1998300905(A)，日本专利号JP2002228925(A)，日本专利号JP1991063613(A)，日本专利号JP2008-8960A，因在后组的第四透镜及第五透镜未采用特殊的dn/dt材料，不能在-40℃～85℃工作温度范围保持好的解像。此些镜头的总长也较长，不能满足客户的小尺寸、低价和高性能的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于设计一种随温度变化，镜头自身后焦变化与结构件引起的后焦变化相互抵消，提供一种始终保持清晰像面的超宽工作温度的广角镜头。

本发明的技术问题通过下述技术方案解决：

一种具有后焦补偿的光学镜头，从物方至像方依次为具有负的光焦度的前透镜群组、具有正的光焦度的后透镜群组；所述前透镜群组是第一透镜，所述第一透镜为月牙型的具有负光焦度的镜片；所述后透镜群组由四个透镜单元组成，从物方至像方依次为第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜，所述第二透镜和第五透镜为双凸的具有正光焦度的镜片，所述第三透镜为双凹的具有负光焦度的镜片，所述第四透镜为具有正光焦度的凹面朝向物方的正弯月镜片；所述光学镜头的光阑位于第二透镜的前面或后面；所述第四透镜或第五透镜至少有一枚元件作为后焦补偿镜片，还满足下面的条件：

Vd＞72，且dn/dt＜-5*10^-6

其中，Vd是指镜片材料的阿贝常数，dn/dt是指镜片折射率随温度变化的变化量。

因结构件的热胀冷缩效应是客观存在的，只能通过低膨胀系数的材料来减少此效应，但不能完全消除。利用镜片的ｄn/dt的特性使得镜头的后焦也具热胀冷缩效应，并且与结构件引起的效应相互抵消。

选择第四透镜及第五透镜中至少一枚镜片采用dn/dt＜-5*10^-6的材料，来实现镜头热补偿。实现原理：温度升高，Nd降低，镜片焦距增大，使得后群焦距增大，整镜头光学系统的焦距增大，最终使得镜头后焦(FFL)增大，温度降低过程也同样道理得到。而实际应用中第四透镜及第五透镜位置根据像差矫正需要，需要大Vd的材料，而一般选择的此类材料往往是dn/dt值为正，所以导致补偿相反，这也解释了为什么一般镜头热补偿效应是相反的。为达到有效的热补偿效果需要挑选dn/dt特殊的材料。

所述的第四透镜或第五透镜至少有一枚元件作为后焦补偿镜片的焦距满足下面的条件：

1.8≥F（4/5）/F≥1.2，同时nd＜1.52

其中，F（4/5）表示后焦补偿镜片的的焦距，F表示所述光学镜头的光学系统的整组焦距值，nd表示后焦补偿镜片的折射率。

所述光学镜头满足下面的条件：

1.2≥F（后）/F≥0.8，1.8＞|F1/F（后）|＞1.25

其中,F1是前透镜群组（第一透镜）的焦距，F（后）表示后透镜群组的组合焦距，F表示所述光学镜头的光学系统的整组焦距值。

所述第二透镜与第三透镜的空气间隔满足下面的条件:

D(1,2)/D(2,3)＞1.5，D(2,3)/F＜0.15

其中，D(1,2)表示第一透镜与第二透镜的空气间隔，D(2,3)表示第二透镜与第三透镜的空气间隔，F表示所述光学镜头的光学系统的整组焦距值。

所述第一透镜元件满足下面的条件：

|F1/F2|＞1.6

其中，F1表示第一透镜元件的焦距值，F2表示第二透镜元件的焦距值。

所述光学镜头的光学总长满足下面的条件：

TTL/F＜3

其中，TTL表示光学镜头光学系统的总长，F表示所述光学镜头的光学系统的整组焦距值。

根据以上要求的光学系统的光焦度的分配，加上起决定性作用的后焦补偿镜片的特殊dn/dt，最终整个光学系统实现更有效的后焦补偿效果。

因芯片表面（包括保护玻璃）存在较高的反射率，易与镜头中的镜片反射产生鬼像（ghost），在此光学系统架构中，需要控制第一透镜S1面的半径r1及第四透镜的S1面的r8，来降低相互之间的反射，有效的控制镜头的鬼像（ghost）。

所述第一透镜朝向物方一面的曲率半径及第四透镜朝向物方一面的曲率半径分别满足下面的条件：

r1/TTL＞0.8，|r8|/TTL＞1

其中，r1表示第一透镜朝向物方一面的曲率半径的半径值，r8表示第四透镜朝向物方一面的曲率半径的半径值，TTL表示镜头光学系统的总长。

另镜头的整体光学性能需满足：

所述的光学镜头光圈数满足下述公式：FNO≤2.0。

所述的光学镜头总视场角要满足下述公式：80°≥2w≥40°。

所述第一至第五透镜全部采用玻璃材料。

同时后群后焦补偿镜片采用具有大的Vd低色散材料，能有效的矫正横向色差。

选择特殊的dn/dt材料是实现后焦补偿的决定性因素，但同时镜头组的光学系统组成需要满足进一步的条件。

本发明保持了镜头总长TTL较短，较小镜片外径，有效矫正光学系统的各种像差及有效控制鬼像的基础上，实现了镜头光学后焦随温度变化，并与结构件引起的后焦变化相互抵消，实现热补偿效应，使得镜头在工作温度-40℃～＋85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。

附图说明

图1为本发明的实施例1的结构示意图；

图2为实施例1在20℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；

图3为实施例1在-40℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；

图4为实施例1在85℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；

图5为为本发明的实施例2的结构示意图；

图6为实施例2在20℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；

图7为实施例2在-40℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；

图8为实施例2在85℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

如图1所示，该光学镜头从物方开始依次设有前透镜群组、后透镜群组、滤色片L7、成像面L8，所述的前透镜群组具有负的光焦度，后透镜群组具有正的光焦度。

所述前透镜群组是第一透镜L1，所述第一透镜L1为月牙型的具有负光焦度的镜片；所述后透镜群组由四个透镜单元组成，从物方至像方依次为第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5，所述第二透镜L2和第五透镜L5为双凸的具有正光焦度的镜片，所述第三透镜L3为双凹的具有负光焦度的镜片，所述第四透镜L4为具有正光焦度的凹面朝向物方的正弯月镜片；所述光学镜头的光阑L6位于第二透镜L2的后面。

从物方至像方，所述第一透镜L1两面为S1、S2，第二镜片L2两面为S3、S4，光阑L6为S5面，第三镜片L3两面为S6、S7，第四镜片L4两面为S8、S9，第五镜片L5两面为S10、S11，滤光片L7两面为S12、S13。

实施例1中，所述第五透镜L5为后焦补偿镜片，光阑L6位置放在第二透镜L2后，所涉及到的条件公式的数值如：

表1：

基本参数	F	F1	F2	F后	F（4/5）
						实施案列	5.47	-7.68	4.6	5.4	9
基本参数	D(1,2)	D(2,3)	TTL
						实施案列	2.22	0.75	15.7

表2：

条件公式	\|F1/F（后）\|	F(后）/F	F（4/5）/F	TTL/F	D(1,2)/D(2,3)
						实施案列	1.42	1	1.65	2.87	2.6
条件公式	\|F1/F2\|	r1/TTL	\|r8\|/TTL	dn/dt	D(2,3)/F
						实施案列	1.67	0.86	1.48	-6.5*10^-6	0.13

表3：

F=5.47 FNO=1.8 FOV=62° TTL=15.7

面序号	曲率半径r	中心厚度d	折射率Nd	阿贝常数Vd	有效口径D
						1	13.5	0.6	1.52	64.1	5..45
2	3.15	2.22			4.33
						3	5.03	1.4	1.806	33.26	3.87
4	-12.942	-0.05			3.42
						5	Infinity	0.8			3.33
6	-5.04	0.55	1.847	23.6	3.29
						7	7.1	0.35			3.64
8	-23.343	1.38	1.69	54.4	3.7
						9	-3.686	0.1			4.35
10	8.729	1.7	1.497	81.6	5.53
						11	-8.729	1			5.64
12	Infinity	0.55	1.5168	64.16	5.67
						IMA	Infinity	5.145			6

其温度补偿作用（以-40℃/0℃/20℃/60℃/85℃为例）见表4，

表4：

镜头引起FFL变化量△1能够根据镜头不同温度端的离焦曲线中得到，△1即为离焦曲线峰值位置的离焦量，附图2、3、4分别给出了实施例1中的光学镜头分别在温度20℃、-40℃、85℃的离焦曲线,黑粗线箭头表示离焦曲线的峰值的位置。

底座引起FFL的变化量△2=FFL*CTE*温度差。

假定镜头底座材料为铝，CTE=24*10^-6（CTE是指底座材料随温度变化时的线膨胀系数），FFL=5.145mm。

本实施例1的最终最佳像面的偏移量△1-△2在-40°Ｃ～85°Ｃ范围内偏移量在2ｕｍ以内，可保持较高的MTF值，得到完美的成像清晰度，而现有一般技术的镜头引起FFL变化量△1往往是与本发明实例的符号相反，从而导致FFL变化的更加恶化。

图5为为本发明的实施例2的结构示意图，如图5所示，该光学镜头从物方开始依次设有前透镜群组、后透镜群组、滤色片L7、成像面L8，所述的前透镜群组具有负的光焦度，后透镜群组具有正的光焦度。

所述前透镜群组是第一透镜L1，所述第一透镜L1为月牙型的具有负光焦度的镜片；所述后透镜群组由四个透镜单元组成，从物方至像方依次为第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5，所述第二透镜L2和第五透镜L5为双凸的具有正光焦度的镜片，所述第三透镜L3为双凹的具有负光焦度的镜片，所述第四透镜L4为具有正光焦度的凹面朝向物方的正弯月镜片；所述光学镜头的光阑L6位于第二透镜L2的前面。

从物方至像方，所述第一透镜L1两面为S1、S2，光阑L6为S3面，第二镜片L2两面为S4、S5，第三镜片L3两面为S6、S7，第四镜片L4两面为S8、S9，第五镜片L5两面为S10、S11，滤光片L7两面为S12、S13。

实施例2中，第四透镜L4为温度补偿镜片，光阑L6位置放在第二透镜L2前，计算权利要求书中所涉及到的条件公式的数值如：

表5：

基本参数	F	F1	F2	F后	F(4/5)
						实施案列	4.79	-5.72	3.5	4.22	6.34
基本参数	D(1,2)	D(2,3)	TTL	dn/dt
						实施案列	0.75	0.48	12.2	-6.5*10^-6

表6：

条件公式	\|F1/F（后）\|	F（后）/F	F（4/5）/F	TTL/F	D(1,2)/D(2,3)
						实施案列	1.36	0.88	1.32	2.55	1.56
条件公式	\|F1/F2\|	r1/TTL	\|r8\|/TTL		D(2,3)/F
						实施案列	1.64	1.07	1.44		0.1

F=4.79 FNO=1.8 FOV=58° TTL=12.2

表7：

面序号	曲率半径r	中心厚度d	折射率Nd	阿贝常数Vd	有效口径D
						1	13.048	0.55	1.52	64.1	5.2
2	2.35	0.95			3.47
						3	Infinity	-0.23			3.37
4	3.744	1.37	1.806	33.26	2.88
						5	-10.05	0.45			2.88
6	-4.6	0.5	1.78	25.7	2.77
						7	6.025	0.3			2.95
8	-17.55	1.5	1.497	81.6	3
						9	-2.7	0.1			3.7
10	7.4	1.27	1.69	54.4	4.6
						11	-19.331	0.4			4.7
12	Infinity	0.55	1.5168	64.16	4.8
						IMA	Infinity	4.5			4.8

其温度补偿作用（以-40℃/0℃/20℃/60℃/85℃为例）见下表格，

表8：

实施例2的具体分析同实施例1，分析结果是，最终最佳像面的偏移量△1-△2在-40°Ｃ～85℃范围内偏移量同样能保证在在2μm以内，实现热补偿效果。

综上所述，按照本发明提供的光学镜头专利，采用了有后焦补偿功能的镜片，实现了光学镜头在工作温度-40℃～＋85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。

Claims

1.一种具有后焦补偿的光学镜头，其特征在于：从物方至像方依次为具有负的光焦度的前透镜群组、具有正的光焦度的后透镜群组；所述前透镜群组是第一透镜，所述第一透镜为月牙型的具有负光焦度的镜片；所述后透镜群组由四个透镜单元组成，从物方至像方依次为第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜，所述第二透镜和第五透镜为双凸的具有正光焦度的镜片，所述第三透镜为双凹的具有负光焦度的镜片，所述第四透镜为具有正光焦度的凹面朝向物方的正弯月镜片；所述光学镜头的光阑位于第二透镜的前面或后面；所述第四透镜或第五透镜至少有一枚元件作为后焦补偿镜片，还满足下面的条件：

Vd＞72，且dn/dt＜-5*10^-6

2.根据权利要求1所述的具有后焦补偿的光学镜头，其特征在于：所述的第四透镜或第五透镜至少有一枚元件作为后焦补偿镜片的焦距满足下面的条件：

1.8≥F（4/5）/F≥1.2，同时nd＜1.52

3.根据权利要求1所述的具有后焦补偿的光学镜头，其特征在于：所述光学镜头满足下面的条件：

1.2≥F（后）/F≥0.8，1.8＞|F1/F（后）|＞1.25

4.根据权利要求1所述的具有后焦补偿的光学镜头，其特征在于：所述第二透镜与第三透镜的空气间隔满足下面的条件:

D(1,2)/D(2,3)＞1.5，D(2,3)/F＜0.15

5.根据权利要求1所述的具有后焦补偿的光学镜头，其特征在于：所述第一透镜元件满足下面的条件：

|F1/F2|＞1.6

6.根据权利要求1所述的具有后焦补偿的光学镜头，其特征在于：所述光学镜头的光学总长满足下面的条件：

TTL/F＜3

7.根据权利要求1所述的具有后焦补偿的光学镜头，其特征在于：所述第一透镜朝向物方一面的曲率半径及第四透镜朝向物方一面的曲率半径分别满足下面的条件：

r1/TTL＞0.8，|r8|/TTL＞1

8.根据权利要求1所述的具有后焦补偿的光学镜头，其特征在于：所述的光学镜头光圈数满足下述公式：FNO≤2.0。

9.根据权利要求1所述的具有后焦补偿的光学镜头，其特征在于：所述的光学镜头总视场角要满足下述公式：80°≥2w≥40°。

10.根据权利要求1～9任一项所述的具有后焦补偿的光学镜头，其特征在于：所述第一至第五透镜全部采用玻璃材料。