CN109960006A

CN109960006A - 光学镜头

Info

Publication number: CN109960006A
Application number: CN201711405976.7A
Authority: CN
Inventors: 徐超; 张绍鹏; 杨佳
Original assignee: Ningbo Sunny Opotech Co Ltd
Current assignee: Ningbo Sunny Opotech Co Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-07-02
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: CN109960006B

Abstract

本申请公开了一种光学镜头，该光学镜头沿着光轴由物侧至像侧依序可包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜。其中，第一透镜可具有正光焦度，其物侧面可为凸面，像侧面可为凹面；第二透镜可具有负光焦度；第三透镜和第四透镜均可具有正光焦度。根据本申请的光学镜头，可实现小型化、高解像、小畸变、热稳定性强等效果。

Description

光学镜头

技术领域

本申请涉及一种光学镜头，更具体地，本申请涉及一种包括四片透镜的光学镜头。

背景技术

随着自动/辅助驾驶系统的不断普及与发展，光学车载镜头作为实现无人驾驶的重要组成部分，对其各项性能的要求日益提升。对于某些特殊应用的镜头，为了收集更多能量，要求FNO小，因此较难对高空间频率物体成清晰像。

针对某些特定的镜头，弥散斑一般管控在芯片像元尺寸一半范围内，而芯片上单个像元尺寸比较大，极限空间频率较低。

因此，需要设计一种小型化、小畸变、小光圈FNO、高解像、热稳定性强的光学镜头。

发明内容

本申请提供了可适用于车载安装的、可至少克服或部分克服现有技术中的上述至少一个缺陷的光学镜头。

本申请的一个方面提供了这样一种光学镜头，该光学镜头沿着光轴由物侧至像侧依序可包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜。其中，第一透镜可具有正光焦度，其物侧面可为凸面，像侧面可为凹面；第二透镜可具有负光焦度；第三透镜和第四透镜均可具有正光焦度；以及第一透镜的焦距值F1与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：2.5≤F1/F≤4.5。

其中，第二透镜的物侧面可为凸面，像侧面可为凹面。

其中，第三透镜的物侧面可为凹面，像侧面可为凸面。

其中，第四透镜的物侧面和像侧面均可为凸面。

其中，光学镜头具有至少一个非球面镜片。理想地，第四透镜可以为非球面镜片。

其中，第一透镜的物侧面的中心至光学镜头的成像面在光轴上的距离TTL与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：TTL/F≤4.5。

其中，第三透镜的物侧面的曲率半径r6、第三透镜的厚度d6以及第三透镜的像侧面的曲率半径r7之间可满足1.2≤(r6-d6)/r7≤1.6。

其中，第二透镜的物侧面的曲率半径r3、第二透镜的厚度d3以及第二透镜的像侧面的曲率半径r4之间可满足：1.8≤(r3-d3)/r4≤2.3。

其中，第一透镜和第二透镜的组合焦距值F12为负值，第三透镜和第四透镜的组合焦距值F34为正值。

其中，光学镜头还可包括设置于第二透镜与第三透镜之间的光阑。

本申请的另一方面提供了这样一种光学镜头，该光学镜头沿着光轴由物侧至像侧依序可包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜。其中，第一透镜具有正光焦度，其物侧面可为凸面，像侧面可为凹面；第二透镜可具有负光焦度；第三透镜和第四透镜均具有正光焦度；以及第一透镜和第二透镜的组合焦距值F12为负值，第三透镜和第四透镜的组合焦距值F34为正值。

其中，第二透镜的物侧面可为凸面，像侧面可为凹面。

其中，第三透镜的物侧面可为凹面，像侧面可为凸面。

其中，第四透镜的物侧面和像侧面均可为凸面。

其中，光学镜头可具有至少一个非球面镜片。理想地，第四透镜为非球面镜片。

其中，第二透镜的物侧面的曲率半径r3、第二透镜的厚度d3以及第二透镜的像侧面的曲率半径r4之间可满足1.8≤(r3-d3)/r4≤2.3

其中，第一透镜的焦距值F1与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：2.5≤F1/F≤4.5。

本申请采用了例如四片透镜，通过优化设置镜片的形状，合理分配各镜片的光焦度等，实现光学镜头的小型化、高解像、小FNO、相对照度高、热稳定性强、小畸变等有益效果。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1为示出根据本申请实施例1的光学镜头的结构示意图；

图2为示出根据本申请实施例2的光学镜头的结构示意图；以及

图3为示出根据本申请实施例3的光学镜头的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜，第一胶合透镜也可被称作第二胶合透镜。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

在本文中，近轴区域是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凹面。每个透镜中最靠近物体的表面称为物侧面，每个透镜中最靠近成像面的表面称为像侧面。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

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组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

以下对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。

根据本申请示例性实施方式的光学镜头包括例如四个具有光焦度的透镜，即第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜。这四个透镜沿着光轴从物侧至像侧依序排列。

根据本申请示例性实施方式的光学镜头还可进一步包括设置于成像面的感光元件。可选地，设置于成像面的感光元件可以是感光耦合元件(CCD)或互补性氧化金属半导体元件(CMOS)。

第一透镜可具有正光焦度，其物侧面可为凸面，像侧面可为凹面。通过将第一透镜设置为凸面朝向物侧的弯月形正透镜，能够尽可能地收集视场内的光线，使光线进入后方光学系统，并且有利于减小第二透镜的镜片口径。第一透镜可采用大折射率镜片，有利于减小第一透镜与第二透镜之间的距离，从而控制TTL。例如，第一透镜的折射率Nd1可满足：Nd1≥1.72，更具体地，可进一步满足Nd1≥1.77。

第二透镜可具有负光焦度，其物侧面可为凸面，像侧面可为凹面。为了将收集到的光线平稳过渡至第三透镜，第二透镜的折射率应较小，例如，第二透镜的折射率Nd2可满足：Nd2≤1.58,更具体地，可进一步满足Nd2≤1.49。可将第二透镜设置为凸面朝向物侧的弯月形透镜，进一步地，可将形状进一步设计为满足1.8≤(r3-d3)/r4≤2.3，以有利于减小系统像差，减小畸变。即，第二透镜物侧面的曲率半径r3、第二透镜的厚度d3以及第二透镜像侧面的曲率半径r4之间可满足1.8≤(r3-d3)/r4≤2.3，更具体地，可进一步满足2.05≤(r3-d3)/r4≤2.10。

第三透镜可具有正光焦度，其物侧面可为凹面，像侧面可为凸面。第三透镜设置为凸面朝向像侧的弯月正透镜，并且形状可进一步设计为接近同心圆形状，以有利于减小系统像差，减小畸变。即，第三透镜物侧面的曲率半径r6、第三透镜的厚度d6以及第三透镜像侧面的曲率半径r7之间可满足1.2≤(r6-d6)/r7≤1.6，更具体地，可进一步满足1.30≤(r6-d6)/r7≤1.45。为了实现小型化，减小第三透镜与第四透镜之间的空气间隔，第三透镜的折射率应较大，例如，第三透镜的折射率Nd3可满足：Nd3≥1.75，更具体地，可进一步满足Nd3≥1.80。

第四透镜可具有正光焦度，其物侧面和像侧面均可为凸面。第四透镜设置为双凸正透镜，可将前方光线快速汇聚至后方光学系统。为了增强镜头在高低温环境情况下的性能，第四透镜可使用具有较大dn/dt系数的材料。例如，第四透镜的材料折射率随温度变化的变化量dn/dt(4)可满足：dn/dt(4)≥5×10^-6/℃。

在示例性实施方式中，可在例如第二透镜与第三透镜之间设置用于限制光束的光阑，以进一步提高镜头的成像质量。

在示例性实施方式中，第一透镜与第二透镜的组合焦距值F12可为负值，第三透镜与第四透镜的组合焦距值F34可为正值，这样的设置有利于消热差处理，可改善热补偿。

在示例性实施方式中，光学镜头的光学总长度TTL与光学镜头的整组焦距值F之间可满足TTL/F≤4.5，更具体地，TTL和F进一步可满足TTL/F≤3.85。满足条件式TTL/F≤4.5，可实现镜头的小型化特性。

在示例性实施方式中，光学镜头的第一透镜的焦距值F1与光学镜头的整组焦距值F之间可满足2.5≤F1/F≤4.5，更具体地，F1和F进一步可满足3.28≤F1/F≤3.53。满足2.5≤F1/F≤4.5，第一透镜具有较长的焦距，能够收集更多的光线进行更好的汇聚。

在示例性实施方式中，光学镜头所采用的镜片可以是塑料材质的镜片，还可以是玻璃材质的镜片。由于塑料材质的镜片热膨胀系数较大，当镜头所使用的环境温度变化较大时，塑料材质的透镜会对镜头的整体性能造成较大影响。而采用玻璃材质的镜片，可减小温度对镜头性能的影响。根据本发明的光学镜头的第一透镜至第四透镜均可采用玻璃镜片，以减小环境对系统整体的影响，减低镜片公差敏感度以及方便消热差处理，提升光学镜头的整体性能。

在示例性实施方式中，可将第四透镜设置为非球面镜片。非球面镜片的特点是：从镜片中心到周边曲率是连续变化的。与从镜片中心到周边有恒定曲率的球面镜片不同，非球面镜片具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面镜片后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而提升镜头的成像质量。进一步地，第四透镜可配置为玻璃非球面镜片，可改善像差、减小畸变，从而提高解像质量。

根据本申请的上述实施方式的光学镜头具有小FNO、解像力高、相对照度高、热稳定性强、小型化、小畸变等有益效果中的至少一个。

然而，本领域的技术人员应当理解，在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下，可改变构成镜头的透镜数量，来获得本说明书中描述的各个结果和优点。例如，虽然在实施方式中以四个透镜为例进行了描述，但是该光学镜头不限于包括四个透镜。如果需要，该光学镜头还可包括其它数量的透镜。

下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的光学镜头的具体实施例。

实施例1

以下参照图1描述根据本申请实施例1的光学镜头。图1示出了根据本申请实施例1的光学镜头的结构示意图。

如图1所示，光学镜头沿着光轴从物侧至成像侧依序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4。

第一透镜L1为具有正光焦度的弯月透镜，其物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面。

第二透镜L2为具有负光焦度的弯月透镜，其物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面。

第三透镜L3为具有正光焦度的弯月透镜，其物侧面S6为凹面，像侧面S7为凸面。

第四透镜L4为具有正光焦度的双凸透镜，其物侧面S8为凸面，像侧面S9为凸面。

可选地，该光学镜头还可包括具有物侧面S10和像侧面S11的滤光片L5和/或保护透镜L5’。滤光片L5可用于校正色彩偏差。保护透镜L5’可用于保护位于成像面IMA的图像传感芯片。来自物体的光依序穿过各表面S1至S11并最终成像在成像面S12上。

在本实施例的光学镜头中，可在第二透镜L2与第三透镜L3之间设置光阑STO以提高成像质量。

表1示出了实施例1的光学镜头的各透镜的曲率半径R、厚度T、折射率Nd以及阿贝数Vd，其中，曲率半径R和厚度T的单位均为毫米(mm)。

表1

本实施例采用了四片透镜作为示例，通过合理分配各个透镜的光焦度与面型，各透镜的中心厚度以及各透镜间的空气间隔，可使镜头具有小型化、高像素、小畸变等有益效果。各非球面面型Z由以下公式限定：

其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数conic；A、B、C、D、E均为高次项系数。下表2示出了可用于实施例1中的非球面透镜表面S8和S9的圆锥系数k以及高次项系数A、B、C、D和E。

表2

面号

K

A

B

C

D

E

8

-3.182E+01

4.955E-04

-1.631E-05

2.945E-07

-2.653E-09

3.217E-12

9

-5.936E+00

-5.190E-04

1.167E-05

-2.041E-07

2.213E-09

-1.306E-11

下表3给出了实施例1的光学镜头的整组焦距值F、第一透镜L1的焦距值F1、第一透镜L1和第二透镜L2组合的焦距值F12、第三透镜L3和第四透镜L4组合的焦距值F34、光学镜头的光学总长度TTL(即，从第一透镜L1的物侧面S1的中心至成像面S12的轴上距离)、第一透镜L1的折射率Nd1、第二透镜L2的折射率Nd2、第三透镜L3的折射率Nd3以及第四透镜L4的材料折射率随温度变化的变化量dn/dt(4)。

表3

F(mm)	7.847	Nd2	1.487
				F1(mm)	27.656	Nd3	1.847
F12(mm)	-39.335	dn/dt(4)	5.32×10<sup>-6</sup>
				F34(mm)	6.463
TTL(mm)	30.143
				Nd1	1.773

在本实施例中，第一透镜L1的焦距值F1与光学镜头的整组焦距值F之间满足F1/F＝3.525；光学镜头的光学总长度TTL与光学镜头的整组焦距值F之间满足TTL/F＝3.842；第三透镜L3的物侧面S6的曲率半径r6、第三透镜L3的厚度d6以及第三透镜L3的像侧面S7的曲率半径r7之间满足(r6-d6)/r7＝1.45；以及第二透镜L2的物侧面S3的曲率半径r3、第二透镜L2的厚度d3以及第二透镜L2的像侧面S4的曲率半径r4之间满足(r3-d3)/r4＝2.058。

实施例2

以下参照图2描述了根据本申请实施例2的光学镜头。在本实施例及以下实施例中，为简洁起见，将省略部分与实施例1相似的描述。图2示出了根据本申请实施例2的光学镜头的结构示意图。

如图2所示，光学镜头沿着光轴从物侧至成像侧依序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4。

下表4示出了实施例2的光学镜头的各透镜的曲率半径R、厚度T、折射率Nd以及阿贝数Vd，其中，曲率半径R和厚度T的单位均为毫米(mm)。下表5示出了可用于实施例2中非球面透镜表面S8和S9的圆锥系数k以及高次项系数A、B、C、D和E。下表6给出了实施例2的光学镜头的整组焦距值F、第一透镜L1的焦距值F1、第一透镜L1和第二透镜L2组合的焦距值F12、第三透镜L3和第四透镜L4组合的焦距值F34、光学镜头的光学总长度TTL(即，从第一透镜L1的物侧面S1的中心至成像面S12的轴上距离)、第一透镜L1的折射率Nd1、第二透镜L2的折射率Nd2、第三透镜L3的折射率Nd3以及第四透镜L4的材料折射率随温度变化的变化量dn/dt(4)。

表4

表5

面号

K

A

B

C

D

E

8

-2.342E+01

4.019E-04

-1.366E-05

2.816E-07

-3.904E-09

1.749E-11

9

-5.063E+00

-5.037E-04

1.104E-05

-1.935E-07

2.003E-09

-1.280E-11

表6

F(mm)	7.750	Nd2	1.487
				F1(mm)	25.476	Nd3	1.847
F12(mm)	-44.110	dn/dt(4)	5.32×10<sup>-6</sup>
				F34(mm)	6.205
TTL(mm)	29.268
				Nd1	1.804

在本实施例中，第一透镜L1的焦距值F1与光学镜头的整组焦距值F之间满足F1/F＝3.287；光学镜头的光学总长度TTL与光学镜头的整组焦距值F之间满足TTL/F＝3.777；第三透镜L3的物侧面S6的曲率半径r6、第三透镜L3的厚度d6以及第三透镜L3的像侧面S7的曲率半径r7之间满足(r6-d6)/r7＝1.4；以及第二透镜L2的物侧面S3的曲率半径r3、第二透镜L2的厚度d3以及第二透镜L2的像侧面S4的曲率半径r4之间满足(r3-d3)/r4＝2.098。

实施例3

以下参照图3描述了根据本申请实施例3的光学镜头。在本实施例及以下实施例中，为简洁起见，将省略部分与实施例1相似的描述。图3示出了根据本申请实施例3的光学镜头的结构示意图。

如图3所示，光学镜头沿着光轴从物侧至成像侧依序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4。

下表7示出了实施例3的光学镜头的各透镜的曲率半径R、厚度T、折射率Nd以及阿贝数Vd，其中，曲率半径R和厚度T的单位均为毫米(mm)。下表8示出了可用于实施例3中非球面透镜表面S8和S9的圆锥系数k以及高次项系数A、B、C、D和E。下表9给出了实施例3的光学镜头的整组焦距值F、第一透镜L1的焦距值F1、第一透镜L1和第二透镜L2组合的焦距值F12、第三透镜L3和第四透镜L4组合的焦距值F34、光学镜头的光学总长度TTL(即，从第一透镜L1的物侧面S1的中心至成像面S12的轴上距离)、第一透镜L1的折射率Nd1、第二透镜L2的折射率Nd2、第三透镜L3的折射率Nd3以及第四透镜L4的材料折射率随温度变化的变化量dn/dt(4)。

表7

表8

面号

K

A

B

C

D

E

8

-2.077E+01

4.085E-04

-1.383E-05

2.785E-07

-3.921E-09

1.816E-11

9

-4.851E+00

-5.096E-04

1.108E-05

-1.927E-07

2.001E-09

-1.314E-11

表9

F(mm)	7.755	Nd2	1.487
				F1(mm)	25.807	Nd3	1.804
F12(mm)	-44.044	dn/dt(4)	5.32×10<sup>-6</sup>
				F34(mm)	6.267
TTL(mm)	29.513
				Nd1	1.804

在本实施例中，第一透镜L1的焦距值F1与光学镜头的整组焦距值F之间满足F1/F＝3.328；光学镜头的光学总长度TTL与光学镜头的整组焦距值F之间满足TTL/F＝3.806；第三透镜L3的物侧面S6的曲率半径r6、第三透镜L3的厚度d6以及第三透镜L3的像侧面S7的曲率半径r7之间满足(r6-d6)/r7＝1.301；以及第二透镜L2的物侧面S3的曲率半径r3、第二透镜L2的厚度d3以及第二透镜L2的像侧面S4的曲率半径r4之间满足(r3-d3)/r4＝2.081。

综上，实施例1至实施例3分别满足以下表9所示的关系。

表9

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.光学镜头，沿着光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，

其特征在于，

所述第一透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第二透镜具有负光焦度；

所述第三透镜和所述第四透镜均具有正光焦度；以及

所述第一透镜的焦距值F1与所述光学镜头的整组焦距值F之间满足：2.5≤F1/F≤4.5。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头具有至少一个非球面镜片。

6.根据权利要求5所述的光学镜头，其特征在于，所述第四透镜为非球面镜片。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面的中心至所述光学镜头的成像面在所述光轴上的距离TTL与所述光学镜头的所述整组焦距值F之间满足：TTL/F≤4.5。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的物侧面的曲率半径r3、所述第二透镜的厚度d3以及所述第二透镜的像侧面的曲率半径r4之间满足：1.8≤(r3-d3)/r4≤2.3。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜的物侧面的曲率半径r6、所述第三透镜的厚度d6以及所述第三透镜的像侧面的曲率半径r7之间满足1.2≤(r6-d6)/r7≤1.6。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头还包括设置于所述第二透镜与所述第三透镜之间的光阑。

11.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距值F12为负值，以及所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距值F34为正值。

12.光学镜头，沿着光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，

其特征在于，

所述第一透镜具有正光焦度；其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第二透镜具有负光焦度；以及

所述第三透镜和所述第四透镜均具有正光焦度；

其中，所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距值F12为负值，所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距值F34为正值。