CN110045486A - 一种光学成像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镜头技术领域。本发明公开了一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜和第七透镜；第一透镜为具负屈光率的凸凹透镜；第二透镜为具负屈光率的凹凹透镜；第三透镜为具正屈光的凸凸透镜；第四透镜为具正屈光的凸平透镜；第五透镜为具正屈光的凸凸透镜；第六透镜为具负屈光率的凹凸透镜；第七透镜为具正屈光率的凸凸透镜。本发明具有红外共焦好，解像力高，色差小的优点。
Description
技术领域
本发明属于镜头技术领域，具体地涉及一种搭配RGB-IR传感器的光学成像镜头。
背景技术
随着技术的不断进步，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，广泛应用在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控等各个领域。当应用在安防监控领域时，光学成像镜头通常是全天候24小时不间断工作，因此，对光学成像镜头的红外共焦性要求越来越高，特别是要搭载RGB-IR传感器的光学成像镜头，但目前的红外共焦镜头，在切换可见红外的时候离焦量大，需要切换片或滤光片，结构复杂，成本高；在切换至红外时，传递函数损失较多，分辨率降低；在可见时色差会偏大，色彩还原不准确，且相对照度比较低，在暗环境下成像质量差，无法满足日益提高的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学成像镜头用于解决上述存在的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜和第七透镜；该第一透镜至第七透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
该第一透镜具负屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为凹面；
该第二透镜具负屈光率，该第二透镜的物侧面为凹面，该第二透镜的像侧面为凹面；
该第三透镜具正屈光率，该第三透镜的物侧面为凸面，该第三透镜的像侧面为凸面；
该第四透镜具正屈光率，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为平面；
该第五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凸面；
该第六透镜具负屈光率，该第六透镜的物侧面为凹面，该第六透镜的像侧面为凸面；
该第七透镜具正屈光率，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凸面；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述七片。
进一步的，该第五透镜的像侧面和该第六透镜的物侧面相互胶合。
更进一步的，该光学成像镜头还满足：vd5-vd6>30，其中，vd5和vd6分别为该第五透镜和第六透镜在d线的色散系数。
进一步的，该光学成像镜头还满足：1.8<nd2<2，其中，nd2为该第二透镜在d线的折射率。
进一步的，该光学成像镜头还满足：1.8<nd4<2，其中，nd4为该第四透镜在d线的折射率。
进一步的，该光学成像镜头还满足：1.8<nd3<1.9，其中，nd3为该第三透镜在d线的折射率。
进一步的，该光学成像镜头还满足：D11/R11<1.8，D12/R12<1.84，其中，D11和D12分别为该第一透镜的物侧面和像侧面的通光口径，R11和R12分别为该第一透镜的物侧面和像侧面的曲率半径。
进一步的，该光学成像镜头还满足：0.3<∣D72/R72∣<0.5，其中，D72为该第七透镜的像侧面的通光口径，R72为该第七透镜的像侧面的曲率半径。
进一步的，该第四透镜的Z值为0.22。
进一步的，该第一透镜的Z值大于0.25。
本发明的有益技术效果：
本发明采用七片透镜，通过对各个透镜进行相应设计，具有红外共焦性好(红外偏移量小于3μm，)，可以搭载RGB-IR传感器，无需切换片或滤光片，结构简单，成本较低；在切换红外和可见的环境下时，传递函数损失少，分辨率高；色差小，在5波长下，色差小于3μm；通光大，在低照环境下相对照度高，成像质量稳定的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例一的可见光435-656nm(200lp/mm)的MTF图；
图3为本发明实施例一的红外850nm(200lp/mm)的MTF图；
图4为本发明实施例一的可见光435-656nm离焦曲线图；
图5为本发明实施例一的红外850nm离焦曲线图；
图6为本发明实施例一的场曲和畸变示意图；
图7为本发明实施例一的纵向像差图示意图；
图8本发明实施例一的色差曲线图；
图9为本发明实施例二的结构示意图；
图10为本发明实施例二的可见光435-656nm(200lp/mm)的MTF图；
图11为本发明实施例二的红外850nm(200lp/mm)的MTF图；
图12为本发明实施例二的可见光435-656nm离焦曲线图；
图13为本发明实施例二的红外850nm离焦曲线图；
图14为本发明实施例二的场曲和畸变示意图；
图15为本发明实施例二的纵向像差图示意图；
图16为本发明实施例二的色差曲线图；
图17为本发明实施例三的结构示意图；
图18为本发明实施例三的可见光435-656nm(200lp/mm)的MTF图；
图19为本发明实施例三的红外850nm(200lp/mm)的MTF图；
图20为本发明实施例三的可见光435-656nm离焦曲线图；
图21为本发明实施例三的红外850nm离焦曲线图；
图22为本发明实施例三的场曲和畸变示意图；
图23为本发明实施例三的纵向像差图示意图；
图24为本发明实施例三的色差曲线图；
图25为本发明实施例四的结构示意图；
图26为本发明实施例四的可见光435-656nm(200lp/mm)的MTF图；
图27为本发明实施例四的红外850nm(200lp/mm)的MTF图；
图28为本发明实施例四的可见光435-656nm离焦曲线图；
图29为本发明实施例四的红外850nm离焦曲线图；
图30为本发明实施例四的场曲和畸变示意图；
图31为本发明实施例四的纵向像差图示意图；
图32为本发明实施例四的色差曲线图；
图33为本发明实施例五的结构示意图；
图34为本发明实施例五的可见光435-656nm(200lp/mm)的MTF图；
图35为本发明实施例五的红外850nm(200lp/mm)的MTF图；
图36为本发明实施例五的可见光435-656nm离焦曲线图；
图37为本发明实施例五的红外850nm离焦曲线图；
图38为本发明实施例五的场曲和畸变示意图；
图39为本发明实施例五的纵向像差图示意图；
图40为本发明实施例五的色差曲线图；
图41为本发明五个实施例的各个重要参数的数值表。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。
本发明提供了一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜和第七透镜；该第一透镜至第七透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。
该第一透镜具负屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为凹面，能够把更大的视场角压缩到比较小的像面上。
该第二透镜具负屈光率，该第二透镜的物侧面为凹面，该第二透镜的像侧面为凹面。
该第三透镜具正屈光率，该第三透镜的物侧面为凸面，该第三透镜的像侧面为凸面。
该第四透镜具正屈光率，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为平面。
该第五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凸面。
该第六透镜具负屈光率，该第六透镜的物侧面为凹面，该第六透镜的像侧面为凸面。
该第七透镜具正屈光率，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凸面。
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述七片。本发明采用七片透镜，通过对各个透镜进行相应设计，具有红外共焦性好(红外偏移量小于3μm)，可以搭载RGB-IR传感器；在切换红外和可见的环境下时，传递函数损失少，分辨率高；色差小，在5波长下，色差小于3μm；通光大，在低照环境下相对照度高，成像质量稳定的优点。
优选的，该第五透镜的像侧面和该第六透镜的物侧面相互胶合，进一步优化色差。
更优选的，该光学成像镜头还满足：vd5-vd6>30，其中，vd5和vd6分别为该第五透镜和第六透镜在d线的色散系数，更进一步优化色差，使得色差很小。
优选的，该光学成像镜头还满足：1.8<nd2<2，其中，nd2为该第二透镜在d线的折射率，进一步提高解像力，使得成像质量更好。
优选的，该光学成像镜头还满足：1.8<nd4<2，其中，nd4为该第四透镜在d线的折射率，进一步提高解像力，使得成像质量更好。
优选的，该光学成像镜头还满足：1.8<nd3<1.9，其中，nd3为该第三透镜在d线的折射率，进一步提高解像力，使得成像质量更好。
优选的，该光学成像镜头还满足：D11/R11<1.8，D12/R12<1.84，其中，D11和D12分别为该第一透镜的物侧面和像侧面的通光口径，R11和R12分别为该第一透镜的物侧面和像侧面的曲率半径，在优化畸变的同时，便于组装加工。
优选的，该光学成像镜头还满足：0.3<∣D72/R72∣<0.5，其中，D72为该第七透镜的像侧面的通光口径，R72为该第七透镜的像侧面的曲率半径，在优化像差的同时，使得主光线角更小。
优选的，该第四透镜的Z值(芯取系数)为0.22，便于加工，提高加工良率。
优选的，该第一透镜的Z值大于0.25，便于加工，提高加工良率。
下面将以具体实施例对本发明的光学成像镜头进行详细说明。
实施一
如图1所示，一种光学成像镜头，从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透3镜、第四透镜4、光阑8、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、保护玻璃9和成像面10；该第一透镜1至第七透镜7各自包括一朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面。
该第一透镜1具负屈光率，该第一透镜1的物侧面11为凸面，该第一透镜1的像侧面12为凹面。
该第二透镜2具负屈光率，该第二透镜2的物侧面21为凹面，该第二透镜2的像侧面22为凹面。
该第三透镜3具正屈光率，该第三透镜3的物侧面31为凸面，该第三透镜3的像侧面32为凸面。
该第四透镜4具正屈光率，该第四透镜4的物侧面41为凸面，该第四透镜4的像侧面42为平面。
该第五透镜5具正屈光率，该第五透镜5的物侧面51为凸面，该第五透镜5的像侧面52为凸面。
该第六透镜6具负屈光率，该第六透镜6的物侧面61为凹面，该第六透镜6的像侧面62为凸面。
该第七透镜7具正屈光率，该第七透镜7的物侧面71为凸面，该第七透镜7的像侧面72为凸面。
本具体实施例中，该第五透镜5的像侧面52和该第六透镜6的物侧面61相互胶合。
本具体实施例的详细光学数据如表1-1所示。
表1-1实施例一的详细光学数据
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图41。
本具体实施例的解像力请参阅图2和3，从图上可以看出在切换红外和可见的环境下时解像力好，分辨率高，可见与红外850nm共焦性请参阅图4和5，可以看出可见光与红外共焦性好，红外偏移量小于3μm，场曲及畸变图如图6的(A)和(B)所示，可以看出畸变小，成像质量高；纵向像差图详见图7，可以看出像差较小；色差曲线图详见图8，可以看出色差小，在5波长下，色差小于3μm。
本具体实施例中，FNO＝2.0，TTL＝21.60mm，其中，FNO为光圈值，TTL为该第一透镜1的物侧面11到该成像面10在光轴I上的距离。
实施例二
如图9所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数不同。为了更清楚地显示本实施例的结构，将相同凹凸面型的标号省略。
本具体实施例的详细光学数据如表2-1所示。
表2-1实施例二的详细光学数据
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图41。
本具体实施例的解像力请参阅图10和11，从图上可以看出在切换红外和可见的环境下时解像力好，分辨率高，可见与红外850nm共焦性请参阅图12和13，可以看出可见光与红外共焦性好，红外偏移量小于3μm，场曲及畸变图如图14的(A)和(B)所示，可以看出畸变小，成像质量高；纵向像差图详见图15，可以看出像差较小；色差曲线图详见图16，可以看出色差小，在5波长下，色差小于3μm。
本具体实施例中，FNO＝2.0；TTL＝21.36mm。
实施例三
如图17所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数不同。为了更清楚地显示本实施例的结构，将相同凹凸面型的标号省略。
本具体实施例的详细光学数据如表3-1所示。
表3-1实施例三的详细光学数据
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图41。
本具体实施例的解像力请参阅图18和19，从图上可以看出在切换红外和可见的环境下时解像力好，分辨率高，可见与红外850nm共焦性请参阅图20和21，可以看出可见光与红外共焦性好，红外偏移量小于3μm，场曲及畸变图如图22的(A)和(B)所示，可以看出畸变小，成像质量高；纵向像差图详见图23，可以看出像差较小；色差曲线图详见图24，可以看出色差小，在5波长下，色差小于3μm。
本具体实施例中，FNO＝2.0；TTL＝21.20mm。
实施例四
如图25所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数不同。为了更清楚地显示本实施例的结构，将相同凹凸面型的标号省略。
本具体实施例的详细光学数据如表4-1所示。
表4-1实施例四的详细光学数据
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图41。
本具体实施例的解像力请参阅图26和27，从图上可以看出在切换红外和可见的环境下时解像力好，分辨率高，可见与红外850nm共焦性请参阅图28和29，可以看出可见光与红外共焦性好，红外偏移量小于3μm，场曲及畸变图如图30的(A)和(B)所示，可以看出畸变小，成像质量高；纵向像差图详见图31，可以看出像差较小；色差曲线图详见图32，可以看出色差小，在5波长下，色差小于3μm。
本具体实施例中，FNO＝2.0；TTL＝20.94mm。
实施例五
如图23所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数不同。为了更清楚地显示本实施例的结构，将相同凹凸面型的标号省略。
本具体实施例的详细光学数据如表5-1所示。
表5-1实施例五的详细光学数据
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图41。
本具体实施例的解像力请参阅图34和35，从图上可以看出在切换红外和可见的环境下时解像力好，分辨率高，可见与红外850nm共焦性请参阅图36和37，可以看出可见光与红外共焦性好，红外偏移量小于3μm，场曲及畸变图如图38的(A)和(B)所示，可以看出畸变小，成像质量高；纵向像差图详见图39，可以看出像差较小；色差曲线图详见图40，可以看出色差小，在5波长下，色差小于3μm。
本具体实施例中，FNO＝2.0；TTL＝20.94mm。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光学成像镜头，其特征在于：从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜和第七透镜；该第一透镜至第七透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
该第一透镜具负屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为凹面；
该第二透镜具负屈光率，该第二透镜的物侧面为凹面，该第二透镜的像侧面为凹面；
该第三透镜具正屈光率，该第三透镜的物侧面为凸面，该第三透镜的像侧面为凸面；
该第四透镜具正屈光率，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为平面；
该第五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凸面；
该第六透镜具负屈光率，该第六透镜的物侧面为凹面，该第六透镜的像侧面为凸面；
该第七透镜具正屈光率，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凸面；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述七片。
2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该第五透镜的像侧面和该第六透镜的物侧面相互胶合。
3.根据权利要求2所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：vd5-vd6>30，其中，vd5和vd6分别为该第五透镜和第六透镜在d线的色散系数。
4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：1.8<nd2<2，其中，nd2为该第二透镜在d线的折射率。
5.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：1.8<nd4<2，其中，nd4为该第四透镜在d线的折射率。
6.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：1.8<nd3<1.9，其中，nd3为该第三透镜在d线的折射率。
7.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：D11/R11<1.8，D12/R12<1.84，其中，D11和D12分别为该第一透镜的物侧面和像侧面的通光口径，R11和R12分别为该第一透镜的物侧面和像侧面的曲率半径。
8.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：0.3<∣D72/R72∣<0.5，其中，D72为该第七透镜的像侧面的通光口径，R72为该第七透镜的像侧面的曲率半径。
9.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该第四透镜的Z值为0.22。
10.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该第一透镜的Z值大于0.25。
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