CN109270657B - 一种光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种光学镜头，包括：用于发散入射光线的前透镜组和用于将发散的入射光线汇聚的后透镜组；其中，前透镜组的材质为塑胶，后透镜组的其中一个透镜的材质为塑胶或玻璃，其他透镜的材质为塑胶。通过本发明实施例的方案，采用材质为塑胶的透镜来实现光学镜头，由于塑胶成本比玻璃低，塑胶重量比玻璃轻，且塑胶透镜适用于大规模生产，因此，实现了低成本、重量轻、以及大规模自动化生产的镜头。并且，当后透镜组的其中一个透镜采用玻璃材质时，降低了光学镜头对温度的敏感度。

Description

一种光学镜头
技术领域
本发明涉及光学技术，尤指一种光学镜头。
背景技术
镜头在监控、车载、航拍等领域拥有越来越大的需求，但行业内普遍还在使用千万像素以下的非高清镜头。而数量较少的高像素镜头则普遍存在体检过大、使用不便、产量不足的问题。而且常规镜头大量使用玻璃镜片，不利于镜头的小型化和轻型化，更不适用于大规模自动化生产镜头。
发明内容
本发明实施例提供了一种光学镜头，能够实现低成本、重量轻、以及大规模自动化生产的镜头。
本发明实施例提供了一种光学镜头，包括：
用于发散入射光线的前透镜组和用于将发散的入射光线汇聚的后透镜组；
其中，前透镜组的材质为塑胶，后透镜组的其中一个透镜的材质为塑胶或玻璃，其他透镜的材质为塑胶。
可选的，还包括：
位于所述前透镜组和所述后透镜组之间的光阑，以及位于所述后透镜组和成像面之间的滤色片。
可选的，所述前透镜组为负光焦度透镜组，所述后透镜组为正光焦度透镜组。
可选的，所述前透镜组包括：第一透镜和第二透镜；
所述后透镜组包括：第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；
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从物方到像方依次排列，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜的材质为塑胶，所述第五透镜的材质为塑胶或玻璃。
可选的，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜均为非球面镜片。
可选的，
所述第一透镜的形状为凸向物方的弯月形状，所述第一透镜的第一表面和第二表面均为非球面；
所述第二透镜的形状为圆柱双凸形状，所述第二透镜的第一表面和第二表面均为非球面；
所述第三透镜的形状为双凸形状，所述第三透镜的第一表面和第二表面均为非球面；
所述第四透镜的形状为双凹形状，所述第四透镜的第一表面和第二表面均为非球面；
所述第五透镜的形状为双凸形状，所述第五透镜的第一表面和第二表面为均为球面；
所述第六透镜的形状为凹平形状，所述第六透镜的第一表面为非球面，所述第六透镜的第二表面为平面。
可选的，所述第一透镜、或所述第二透镜、或所述第三透镜、或所述第四透镜、或所述第五透镜、或所述第六透镜的自由形式表面的垂度满足公式
Figure BDA0001353930990000021
其中，Z(r)为透镜的自由形式表面的垂度，r为透镜的半径，c为透镜的曲率半径，k为二次曲面系数，A为四阶非球面系数，B为六阶非球面系数，C为八阶非球面系数，D为十阶非球面系数，E为十二阶非球面系数。
与相关技术相比，本发明实施例包括：用于发散入射光线的前透镜组和用于将发散的入射光线汇聚的后透镜组；其中，前透镜组的材质为塑胶，后透镜组的其中一个透镜的材质为塑胶或玻璃，其他透镜的材质为塑胶。通过本发明实施例的方案，采用材质为塑胶的透镜来实现光学镜头，由于塑胶成本比玻璃低，塑胶重量比玻璃轻，且塑胶透镜适用于大规模生产，因此，实现了低成本、重量轻、以及大规模自动化生产的镜头。并且，当后透镜组的其中一个透镜采用玻璃材质时，降低了光学镜头对温度的敏感度。
在一个可选方案中，采用非球面镜片来实现第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第六透镜，实现了大光圈、畸变小的高清镜头。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例光学镜头的结构组成示意图；
图2为本发明实施例光学镜头的光路原理图；
图3为本发明实施例光学镜头的调制传递函数(MTF，Module transformfunction)解像曲线图；
图4为本发明实施例光学镜头的场曲和畸变示意图；
图5为本发明实施例光学镜头的色差曲线图。
具体实施方式
下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例提出了一种光学镜头，包括：
用于发散入射光线的前透镜组和用于将发散的入射光线汇聚的后透镜组；
其中，前透镜组的材质为塑胶，后透镜组的其中一个透镜的材质为塑胶或玻璃，其他透镜的材质为塑胶。
其中，参见图1，前透镜组包括：第一透镜1和第二透镜2；
后透镜组包括：第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6；
其中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6从物方到像方依次排列，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第六透镜6的材质为塑胶，第五透镜5的材质为塑胶或玻璃。
上述光学镜头中，如图2所示，前透镜组为负光焦度透镜组，如为了最大程度接收光线，前透镜组可以采用拱形弯月透镜，后透镜组为正光焦度透镜组。
前透镜组的光焦度为
Figure BDA0001353930990000046
后透镜组的光焦度为
Figure BDA0001353930990000041
物方光束经过前透镜组发散，再被后透镜组汇聚于后透镜组的焦点F’上。也就是说，光学镜头的轴外光线经过前透镜组发散后，通过后透镜组的光线倾角明显变小，使其承担较小的视场，有利于后透镜组的像差校正，而前透镜组承担较大的视场。
根据理想光学系统理论得到上述光学镜头的总光焦度为：
Figure BDA0001353930990000042
其中，
Figure BDA0001353930990000043
为光学镜头的纵光焦度，d为前透镜组到后透镜组之间的间隔。
光学镜头的后工作距离为：
Figure BDA0001353930990000044
其中，l’为后工作距离，f’为光学镜头的总焦距，f′1为前透镜组的焦距，f′2为后透镜组的焦距。
因此，
Figure BDA0001353930990000045
可选的，上述光学镜头还包括：
位于前透镜组和后透镜组之间的光阑7，以及位于后透镜组和成像面之间的滤色片8。
可选的，上述光学镜头中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第六透镜6均为非球面镜片。
可选的，第一透镜1的形状为凸向物方的弯月形状，第一透镜1的第一表面和第二表面均为非球面；
第二透镜2的形状为圆柱双凸形状，第二透镜2的第一表面和第二表面均为非球面；
所述第三透镜3的形状为双凸形状，第三透镜3的第一表面和第二表面均为非球面；
所述第四透镜4的形状为双凹形状，第四透镜4的第一表面和第二表面均为非球面；
所述第五透镜5的形状为双凸形状，第五透镜5的第一表面和第二表面为均为球面；
第六透镜6的形状为凹平形状，第六透镜6的第一表面为非球面，第六透镜6的第二表面为平面。
上述描述中，第一表面均指靠近物方的表面，第二表面均指靠近像方的表面。
可选的，第一透镜1、或第二透镜2、或第三透镜3、或第四透镜4、或第五透镜5、或第六透镜6的自由形式表面的垂度满足公式
Figure BDA0001353930990000051
其中，Z(r)为第一透镜1、或第二透镜2、或第三透镜3、或第四透镜4、或第五透镜5、或第六透镜6的自由形式表面的垂度，r为第一透镜1、或第二透镜2、或第三透镜3、或第四透镜4、或第五透镜5、或第六透镜6的半径，c为透镜的曲率半径，k为二次曲面系数，A为四阶非球面系数，B为六阶非球面系数，C为八阶非球面系数，D为十阶非球面系数，E为十二阶非球面系数，……。一般情况下，可以取到八阶非球面系数。
其中，非球面系数可以采用以下方式获得：
初始化各阶非球面系数，然后计算预先需要优化的参数(如MTF、场曲、畸变中的一个或多个)，改变各阶非球面系数，继续计算需要优化的参数，直到需要优化的参数取得最优值，如果需要优化的参数有两个或两个以上，可以设置各个需要优化的参数的权重。
例如，上述公式中，对于所述第一透镜1的第一表面，c为13.07044毫米mm，k为—2.274595，A为-0.00011509207，B为-1.9295315×e-6，C为9.4621482×e-8，其他非球面系数为0；
对于所述第一透镜1的第二表面，c为2.193243mm，k为-0.9403449，A为0.0020738786，B为9.3077682×e-5，C为2.5098018×e-6，其他非球面系数为0；
对于所述第二透镜2的第一表面，c为13.07044mm，k为-2.274595，A为-0.00011509207，B为-1.9295315×e-6，C为9.4621482×e-8，其他非球面系数为0；
对于所述第二透镜2的第二表面，c为-56.91064mm，k为-134.8245，A为-0.0025149791，B为0.00083334482，C为-3.7348112×e-6，其他非球面系数为0；
对于所述第三透镜3的第一表面，c为4.628216mm，k为-3.147746，A为-0.00011509207，B为-1.9295315×e-6，C为9.4621482×e-8，其他非球面系数为0；
对于所述第三透镜3的第二表面，c为-4.677102mm，k为-0.07343802，A为-0.0028690442，B为0.00067782909，C为-2.7120176×e-5，其他非球面系数为0；
对于所述第四透镜4的第一表面，c为-7.706641mm，k为-24.52216，A为-0.002088073，B为0.00037088085，C为-0.00014458901，其他非球面系数为0；
对于所述第四透镜4的第二表面，c为5.936748mm，k为-0.1128624，A为0.0057414348，B为-0.00086019015，C为2.3738499×e-5，其他非球面系数为0；
对于所述第五透镜5的第一表面，c为5.769723mm，k为0；
对于所述第五透镜5的第二表面，c为-5.769723mm，k为0；
对于所述第六透镜6的第一表面，c为-9.088463mm，k为-15.44647，A为-0.010697193，B为0.00031461388，C为3.3574156×e-5，其他非球面系数为0；
对于所述第六透镜6的第二表面，c为96.31016mm，k为1421.828，A为-0.0030668462，B为0.0001010034，C为4.1311493×e-5，其他非球面系数为0。
图1中各个透镜的具体参数如表1所示。
Figure BDA0001353930990000071
Figure BDA0001353930990000081
Figure BDA0001353930990000091
表1各个透镜的参数
上述光学镜头的光学长度TTL为22毫米(mm)，总焦距EFFL为2.77mm，满足TTL/EFFL≤9，则光学镜头的光圈数FNO为2，纵视场角FOV为86°。
图3为光学镜头的调制传递函数(Module transform function,MTF)解像曲线图。MTF是一种描述物体图案到像的真实程度的方法(用MTF来描述清晰度的主要优点在于，成像的各组成部分的MTF之积等于整个系统的MTF)，它也等同于空间频率响应(Spatialfrequency response,SFR)。常用的空间频率单位有LW/PH(线宽/像高，相当于多少线每像高)和LP/PH(线对/像高)，lp/mm(lp表示等间隔的一对黑白线条)等。如图3所示，横坐标为空间频率，纵坐标为MTF值，图中，TS 0.0000mm表示像高为0mm时，子午线的MTF值和弧矢面的MTF值，TS1.8200mm表示像高为1.82mm时，子午线的MTF值和弧矢面的MTF值，TS2.3260mm表示像高为2.326mm时，子午线的MTF值和弧矢面的MTF值，TS2.5840mm表示像高为2.584mm时，子午线的MTF值和弧矢面的MTF值，T为子午线，S为弧矢线。从图中可以看出，中心视场(即像高为0mm)在空间频率为250lp/mm(lp表示等间隔的一对黑白线条)时，MTF值为47％；0.9视场(即像高为2.326mm)在空间频率为250lp/mm时，MTF值为30％，具有很高的解像力，能满足4K分辨率解像。
图4为光学镜头的场曲和畸变示意图。图中，左图为场曲示意图，右图为畸变示意图。图中的曲线分别为不同颜色的子午线和弧矢面的场曲和畸变曲线。横坐标为场曲大小和畸变大小，纵坐标为像高。从图中可以看出，场曲的最大值为0.025mm，畸变最大值为1.4％，具有很小的场曲和低畸变解像。
图5为光学镜头的色差曲线图。图中，横坐标为色差大小，纵坐标为像高，图中给出了波长分别为0.46nm(即蓝光)、0.54nm(即绿光)和0.605nm(即红光)时的色差曲线，从图中可以看出，色差最大值为1.6微米(μm)，说明光学镜头具有很小的色差。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种光学镜头，其特征在于，包括：
用于发散入射光线的前透镜组和用于将发散的入射光线汇聚的后透镜组；
其中，前透镜组的材质为塑胶，后透镜组的其中一个透镜的材质为塑胶或玻璃，其他透镜的材质为塑胶；
所述光学镜头包括透镜，所述透镜为6个：
第一透镜的形状为凸向物方的弯月形状，所述第一透镜的第一表面和第二表面均为非球面；
第二透镜的形状为圆柱双凸形状，所述第二透镜的第一表面和第二表面均为非球面；
第三透镜的形状为双凸形状，所述第三透镜的第一表面和第二表面均为非球面；
第四透镜的形状为双凹形状，所述第四透镜的第一表面和第二表面均为非球面；
第五透镜的形状为双凸形状，所述第五透镜的第一表面和第二表面为均为球面；
第六透镜的形状为凹平形状，所述第六透镜的第一表面为非球面，所述第六透镜的第二表面为平面。
2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，还包括：
位于所述前透镜组和所述后透镜组之间的光阑，以及位于所述后透镜组和成像面之间的滤色片。
3.根据权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，所述前透镜组为负光焦度透镜组，所述后透镜组为正光焦度透镜组。
4.根据权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，所述前透镜组包括：第一透镜和第二透镜；
所述后透镜组包括：第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；
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从物方到像方依次排列，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜的材质为塑胶，所述第五透镜的材质为塑胶或玻璃。
5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、或所述第二透镜、或所述第三透镜、或所述第四透镜、或所述第五透镜、或所述第六透镜的表面的垂度满足公式
Figure FDA0002501569820000021
其中，Z(r)为透镜的表面的垂度，r为透镜的半径，c为透镜的曲率半径，k为二次曲面系数，A为四阶非球面系数，B为六阶非球面系数，C为八阶非球面系数，D为十阶非球面系数，E为十二阶非球面系数。
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