CN108490584B - 光学成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学成像镜头，从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度且凸面朝向物侧的弯月型第一透镜；具有负光焦度且凸面朝向像侧的弯月型第二透镜；光阑；具有正光焦度且双面均为凸面的第三透镜；具有正光焦度且双面均为凸面的第四透镜；具有负光焦度且双面均为凹面的第五透镜，且所述第四透镜与所述第五透镜组成胶合镜片；具有正光焦度且双面均为凸面的第六透镜；滤光片；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜均为玻璃透镜。本发明的光学成像镜头通过合理搭配各透镜间的光焦度，从而使镜头具有高像素、良好的热稳定性，同时通过选用特殊材质的玻璃来有效解决热漂移问题。

Description

光学成像镜头
技术领域
本发明涉及一种透镜成像系统，特别涉及一种高像素、大孔径、具有热补偿效果的光学成像镜头。
背景技术
随着自动驾驶功能的发展，车载镜头作为自动驾驶辅助系统的关键部件也迎来了较快发展，对该镜头的要求也越来越高。
自动驾驶辅助系统中的车载镜头与普通的光学镜头相比有着特殊的要求，如车载摄像镜头要求前端口径要尽量小，通光能力强，能适应外界环境的明暗变化，同时要求有较高的成像清晰度，能有效分辨外界环境的细节(如公路标识信息，远处的行人与车辆等)，以及很好的热稳定性，使镜头在高低温时都拥有良好的解像力，以满足自动驾驶的特殊要求。
然而，现有的车载摄像镜头大都对温度比较敏感，难以适用于高温或低温的场合，且镜头分辨率低，难以消除色差，不利于实际应用。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种高像素、大孔径、具有热补偿效果的光学成像镜头，能够适用于车载镜头上。
一种光学成像镜头，从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度且凸面朝向物侧的弯月型第一透镜；具有负光焦度且凸面朝向像侧的弯月型第二透镜；光阑；具有正光焦度且双面均为凸面的第三透镜；具有正光焦度且双面均为凸面的第四透镜；具有负光焦度且双面均为凹面的第五透镜，且所述第四透镜与所述第五透镜组成胶合镜片；具有正光焦度且双面均为凸面的第六透镜；滤光片；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜均为玻璃透镜。
相较现有技术，本发明光学成像镜头中的第一透镜主要用于光线的收集，第二透镜主要用于光学畸变的矫正，第三透镜、第四透镜、第五透镜及第六透镜主要用于光线的会聚，其中，第四透镜和第五透镜起到正负透镜消除色差的作用，第六透镜起到消除像差和控制主光线的出射角度的作用。各个透镜均为玻璃镜片可以使得所述光学成像镜头具有较好的热稳定性能。此外，由于透镜因环境温度变化会带来焦点的移动，具有负光焦度的透镜和具有正光焦度的透镜随着环境温度的变化，焦点移动的方向相反，因此，本发明的光学成像镜头由3片正光焦度和3片负光焦度透镜组成，同时第四透镜、第六透镜使用温度折射率系数为负值的特殊玻璃材料，这样可以尽量减小因环境温度变化引起的镜头焦点的移动。
另外，根据本发明提供的光学成像镜头，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述第四透镜和所述第六透镜满足以下条件：
-10×10-6/℃<(dn/dt)4<0，
-10×10-6/℃<(dn/dt)6<-2×10-6/℃，
其中，表示所述第四透镜的光焦度，表示所述第六透镜的光焦度，(dn/dt)4表示所述第四透镜的折射率温度系数，(dn/dt)6表示所述第六透镜的折射率温度系数。由于第四正透镜、第六正透镜的折射率温度系数均为负值，能够使光学焦距在高温时增大、在低温时减小，有效的补偿了结构件(如镜筒、镜座)的热膨胀，保证了所述光学成像镜头在高低温时的解像力都有良好的表现。
进一步地，所述第四透镜和所述第六透镜满足以下条件：
Vd4+Vd6>120，
ΔPg,F4+ΔPg,F6>0.03，
其中，Vd4、Vd6分别表示所述第四透镜和所述第六透镜的阿贝数，ΔPg,F4、ΔPg,F6分别表示所述第四透镜和所述第六透镜的相对部分色散偏离阿贝经验公式的偏离值。上述条件可以有效矫正轴上单色光的球差，有利于镜头分辨远处的交通信号灯(如红黄绿信号灯)，当上述公式的值超过下限时，不同波长单色光的球差差异较大，同时校正困难，导致不同波长单色光MTF不一致，不能同时看清信号灯上的几种颜色。
进一步地，所述光学成像镜头满足以下条件：
1.2＜IH/θ＜1.6，
其中，θ表示所述光学成像镜头的半视场角，IH表示在半视场角θ时所述光学成像镜头的像高。上述条件式体现所述光学成像镜头可以很好的控制畸变，能够有效减小由镜头畸变带来的成像变形。
进一步地，所述光学成像镜头满足以下条件：
Fno≤1.8，
其中，Fno为所述光学成像镜头的F数。F数的倒数是镜头的相对孔径，一般F数越小，镜头的相对孔径越大，进光量越大，能够实现在昏暗环境下良好的成像质量，从而能适应外界环境的明暗变化。
进一步地，所述第二透镜满足以下条件：
0＜r3/r4＜1，
其中，r3表示所述第二透镜物侧表面的曲率半径，r4表示所述第二透镜像侧表面的曲率半径。当r3/r4的值超过上限时，不利于控制镜头鬼影，当强光(如车灯)照射时，会产生较明亮的鬼影，影像镜头的成像质量。
进一步地，所述第二透镜还满足以下条件：
1＜f2/r4＜5，
其中，f2表示所述第二透镜的焦距，r4表示所述第二透镜像侧表面的曲率半径。满足上述条件，可以保证所述光学成像镜头具有小畸变，且能够有效减小由畸变带来的成像变形。
进一步地，所述第六透镜满足以下条件：
-1.5＜f6/r11＜0，
其中，f6表示所述第六透镜的焦距，r11表示所述第六透镜像侧表面的曲率半径。满足上述条件，可以保证所述光学成像镜头很好地矫正像差，如球差、像散，超过上述条件式的范围，则会增加镜片加工难度，并且对像差的矫正比较困难。
进一步地，所述第四透镜和所述第五透镜满足以下条件：
20＜Vd4-Vd5＜40，
其中，Vd4表示所述第四透镜的阿贝数，Vd5表示所述第五透镜的阿贝数。上述条件为消色差条件，当Vd4-Vd5的值超过下限时，色差较大，校正困难；当Vd4-Vd5的值超过上限时，不利于材料选取。
进一步地，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜均为玻璃球面透镜，所述第二透镜和所述第六透镜为玻璃非球面透镜。
满足上述配置有利于保证所述光学成像镜头具有高像素、良好的热稳定性，此外通过控制光学成像镜头的畸变来提高边缘视场的放大倍率，从而提高了所述光学成像镜头边缘的解像能力，使其满足边缘视场画面拉平展开后，有足够的分辨率，可达到800万以上像素。
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
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明第一实施例的光学成像镜头的截面结构示意图；
图1a是本发明第一实施例中光学成像镜头的场曲曲线图；
图1b是本发明第一实施例中光学成像镜头的畸变曲线图；
图1c为本发明第一实施例中光学成像镜头的垂轴色差图；
图2a为本发明第二实施例中光学成像镜头的场曲曲线图；
图2b为本发明第二实施例中光学成像镜头的畸变曲线图；
图2c为本发明第二实施例中光学成像镜头的垂轴色差图；
图3a为本发明第三实施例中光学成像镜头的场曲曲线图；
图3b为本发明第三实施例中光学成像镜头的畸变曲线图；
图3c为本发明第三实施例中光学成像镜头的垂轴色差图；
图4a为本发明第四实施例中光学成像镜头的场曲曲线图；
图4b为本发明第四实施例中光学成像镜头的畸变曲线图；
图4c为本发明第四实施例中光学成像镜头的垂轴色差图；
主要元件符号说明：
第一透镜 L1 第二透镜 L2
第三透镜 L3 第四透镜 L4
第五透镜 L5 第六透镜 L6
滤光片 G1 光阑 S5
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
实施例1
请参阅图1，本实施例提出一种光学成像镜头，从物侧到像侧依次包括：
具有负光焦度且凸面朝向物侧的弯月型第一透镜；
具有负光焦度且凸面朝向像侧的弯月型第二透镜；
光阑；
具有正光焦度且双面均为凸面的第三透镜；
具有正光焦度且双面均为凸面的第四透镜；
具有负光焦度且双面均为凹面的第五透镜，且所述第四透镜与所述第五透镜组成胶合镜片；
具有正光焦度且双面均为凸面的第六透镜；
滤光片；
其中，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜均为玻璃球面透镜，所述第二透镜和所述第六透镜为玻璃非球面透镜。
所述第二透镜和所述第六透镜的表面形状均满足以下条件：
其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示曲面顶点的曲率，K表示二次曲面系数，h表示光轴到曲面的距离，B、C、D、E和F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数，各参数如表1-2所示。
所述光学成像镜头中各个镜片的相关参数如表1-1所示。
表1-1
表1-2
在本实施例中，其场曲和畸变曲线、垂轴色差分别如图1a、1b、1c所示，可以看出，场曲范围在(-0.05，+0.05)之间，畸变小于3.0％，垂轴色差在(-2.0,+3.5)之间，说明本实施例中场曲、畸变、色差都能被很好的校正。
实施例2
本实施例与实施例1的镜头结构基本相同，不同之处在于本实施例光学成像镜头中各个镜片的相关参数如表2-1所示，本实施例的各透镜非球面的参数如表2-2所示。
表2-1
表2-2
在本实施例中，其场曲和畸变曲线、垂轴色差分别如图2a、2b、2c所示，可以看出，场曲范围在(-0.05，+0.05)之间，畸变小于3.0％，垂轴色差在(-2.0,+3.5)之间，说明本实施例中场曲、畸变、色差都能被很好的校正。
实施例3
本实施例与实施例1的镜头结构基本相同，不同之处在于本实施例光学成像镜头中各个镜片的相关参数如表3-1所示，本实施例的各透镜非球面的参数如表3-2所示。
表3-1
表3-2
在本实施例中，其场曲和畸变曲线、垂轴色差分别如图3a、3b、3c所示，可以看出，场曲范围在(-0.05，+0.05)之间，畸变小于3.0％，垂轴色差在(-2.0,+3.5)之间，说明本实施例中场曲、畸变、色差都能被很好的校正。
实施例4
本实施例与实施例1的镜头结构基本相同，不同之处在于本实施例光学成像镜头中各个镜片的相关参数如表4-1所示，本实施例的各透镜非球面的参数如表4-2所示。
表4-1
表4-2
在本实施例中，其场曲和畸变曲线、垂轴色差分别如图4a、4b、4c所示，可以看出，场曲范围在(-0.05，+0.05)之间，畸变小于3.0％，垂轴色差在(-2.0,+5.0)之间，说明本实施例中场曲、畸变、色差都能被很好的校正。
表5是上述4个实施例及其对应的光学特性，包括系统焦距f、F数Fno和系统总长TTL，以及与前面每个条件式对应的数值。
表5
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种光学成像镜头，其特征在于，从物侧到像侧依次由下列部件组成：
具有负光焦度且凸面朝向物侧的弯月型第一透镜；
具有负光焦度且凸面朝向像侧的弯月型第二透镜；
光阑；
具有正光焦度且双面均为凸面的第三透镜；
具有正光焦度且双面均为凸面的第四透镜；
具有负光焦度且双面均为凹面的第五透镜，且所述第四透镜与所述第五透镜组成胶合镜片；
具有正光焦度且双面均为凸面的第六透镜；
滤光片；
其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜均为玻璃透镜，所述第四透镜和所述第六透镜满足以下条件：
-10×10-6/℃<(dn/dt)4<0，
-10×10-6/℃<(dn/dt)6<-2×10-6/℃，
其中，表示所述第四透镜的光焦度，表示所述第六透镜的光焦度，(dn/dt)4表示所述第四透镜的折射率温度系数，(dn/dt)6表示所述第六透镜的折射率温度系数。
2.根据权利要求1所述光学成像镜头，其特征在于，所述第四透镜和所述第六透镜满足以下条件：
Vd4+Vd6>120，
ΔPg,F4+ΔPg,F6>0.03，
其中，Vd4、Vd6分别表示所述第四透镜和所述第六透镜的阿贝数，ΔPg,F4、ΔPg,F6分别表示所述第四透镜和所述第六透镜的相对部分色散偏离阿贝经验公式的偏离值。
3.根据权利要求1所述光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足以下条件：
1.2＜IH/θ＜1.6，
其中，θ表示所述光学成像镜头的半视场角，IH表示在半视场角θ时所述光学成像镜头的像高。
4.根据权利要求1所述光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足以下条件：
Fno≤1.8，
其中，Fno为所述光学成像镜头的F数，其倒数是镜头的相对孔径。
5.根据权利要求1所述光学成像镜头，其特征在于，所述第二透镜满足以下条件：
0＜r3/r4＜1，
其中，r3表示所述第二透镜物侧表面的曲率半径，r4表示所述第二透镜像侧表面的曲率半径。
6.根据权利要求1或5所述光学成像镜头，其特征在于，所述第二透镜还满足以下条件：
1＜f2/r4＜5，
其中，f2表示所述第二透镜的焦距，r4表示所述第二透镜像侧表面的曲率半径。
7.根据权利要求1所述光学成像镜头，其特征在于，所述第六透镜满足以下条件：
-1.5＜f6/r11＜0，
其中，f6表示所述第六透镜的焦距，r11表示所述第六透镜像侧表面的曲率半径。
8.根据权利要求1所述光学成像镜头，其特征在于，所述第四透镜和所述第五透镜满足以下条件：
20＜Vd4-Vd5＜40，
其中，Vd4表示所述第四透镜的阿贝数，Vd5表示所述第五透镜的阿贝数。
9.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜均为玻璃球面透镜，所述第二透镜和所述第六透镜为玻璃非球面透镜。
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