【发明内容】
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种摄像光学镜头,其在具有良好光学性能的同时,实现可见光和红外共焦面工作,满足大光圈、广角化的要求。
本发明的技术方案如下:
一种摄像光学镜头,所述摄像光学镜头自物侧至像侧依序由:第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜构成,所述第一透镜具有负屈折力,所述第二透镜具有屈折力,所述第三透镜具有正屈折力,所述第四透镜具有正屈折力,所述第五透镜具有负屈折力摄像光学镜头摄像光学镜头;所述第一透镜的色散系数为v1,所述第二透镜的色散系数为v2,所述摄像光学镜头的焦距为f,所述第一透镜的焦距为f1,所述第二透镜物侧面的曲率半径为R3,所述第二透镜像侧面的曲率半径为R4,满足以下关系式:1.50≤v1/v2≤3.20;-2.10≤f1/f≤-1.00;1.50≤(R3+R4)/(R3-R4)≤35.00。
本发明的有益效果在于:通过上述透镜的配置方式,规定了第一透镜色散系数和第二透镜色散系数的比值,并使第一透镜在焦距上与整体摄像光学镜头具有特定配合关系,同时还规定了第二透镜的形状,使该摄像光学镜头的可见光和红外光能够共焦面工作,具有良好的光学性能,其工作波段宽的范围可达0.436um-0.86um,满足大光圈、广角化的要求。
进一步的,所述第三透镜的轴上厚度为d5,所述第三透镜的像侧面到所述第四透镜的物侧面的轴上距离为d6,满足下列关系式:5.00≤d5/d6≤30.50。
进一步的,所述第五透镜物侧面的曲率半径为R9,所述第五透镜像侧面的曲率半径为R10,满足下列关系式:0.30≤(R9+R10)/(R9-R10)≤1.00。
进一步的,所述第四透镜的焦距为f4,满足以下关系式:1.10≤f4/f≤2.40。
进一步的,所述第二透镜的焦距为f2,满足以下关系式:
-5.00≤f2/f≤25.00。
进一步的,所述第三透镜的焦距为f3,满足以下关系式:
0.40≤f3/f≤1.40。
进一步的,所述第一透镜物侧面的曲率半径为R1,所述第一透镜像侧面的曲率半径为R2,满足以下关系式:
0.30≤(R1+R2)/(R1-R2)≤0.74。
进一步的,所述第三透镜物侧面的曲率半径为R5,所述第三透镜像侧面的曲率半径为R6,满足以下关系式:
0.18≤(R5+R6)/(R5-R6)≤0.47。
进一步的,所述第四透镜物侧面的曲率半径为R7,所述第四透镜像侧面的曲率半径为R8,满足以下关系式:
-1.73≤(R7+R8)/(R7-R8)≤-0.23。
进一步的,还包括光圈,所述光圈设置于所述第二透镜和所述第三透镜之间。
【具体实施方式】
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本发明各实施方式中,为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下实施方式的种种变化和修改,也可以实现本发明所要去保护的技术方案。
第一实施方式:
图1所示为本发明第一实施方式的摄像光学镜头10,该摄像光学镜头10包括五个透镜。具体的,所述摄像光学镜头10,由物侧至像侧依序包括:第一透镜L1、第二透镜L2、光圈S1、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5。本实施方式中,在第五透镜L5和像面Si之间设置有玻璃平板GF等光学元件,其中玻璃平板GF可以是玻璃盖板,也可以是光学过滤片(filter),当然在其他可实施方式中,玻璃平板GF还可以设置在其他位置。
本实施方式中,第一透镜L1具有负屈折力,其物侧面向内凹陷为凹面,其像侧面为凹面;第二透镜L2具有负屈折力,其物侧面为凸面,其像侧面为凹面;第三透镜L3具有正屈折力,其物侧面为凸面,其像侧面为凸面;第四透镜L4具有正屈折力,其物侧面为凸面,其像侧面为凸面;第五透镜L5具有负屈折力,其物侧面为凹面,像侧面为凹面。
在此,定义所述摄像光学镜头10的焦距为f,焦距单位为毫米(mm),所述第一透镜L1的色散系数为v1,所述第二透镜L2的色散系数为v2,所述第一透镜L1的焦距为f1,所述第二透镜L2物侧面的曲率半径为R3,所述第二透镜L2像侧面的曲率半径为R4,所述v1、v2、f、f1、R3以及R4满足以下关系式:
1.50≤v1/v2≤3.20; (1)
-2.10≤f1/f≤-1.00; (2)
1.50≤(R3+R4)/(R3-R4)≤35.00 (3)
其中,条件式(1)规定了第一透镜L1的色散系数和第二透镜L2的色散系数比值,在条件式范围内有助于平衡可见光波段和近红外波段的色差。
条件式(2)规定了第一透镜L1与整体摄像光学镜头10焦距之间的比值。如此设置,第一透镜L1可以更合理的分配光焦度,有利于对光学系统的像差进行校正,进而提升成像品质。
条件式(3)规定了第二透镜L2的形状,在条件式范围内有助于提高光学系统的性能。
本实施方式中,通过上述透镜的配置方式,利用具有不同屈折力的各个透镜(L1、L2、L3、L4、L5),并设置第一透镜L1和第二透镜L2之间色散系数的比值,同时特别设定了第二透镜L2的形状,有助于平衡可见光波段和近红外波段的色差,对光学系统的像差进行校正,提高光学的系统性能,满足大光圈、广角化的设计要求。
优选的,所述第三透镜L3的轴上厚度为d5,所述第三透镜L3的像侧面到所述第四透镜L4的物侧面的轴上距离为d6,满足下列关系式:
5.00≤d5/d6≤30.50 (4)
条件式(4)规定了第三透镜L3的轴上厚度和第三透镜L3的像侧面到第四透镜L4的物侧面的轴上距离的比值,在条件式范围内有助于镜片的加工和镜头的组装。
优选的,所述第五透镜L5物侧面的曲率半径为R9,所述第五透镜L5像侧面的曲率半径为R10,满足下列关系式:
0.30≤(R9+R10)/(R9-R10)≤1.00 (5)
条件式(5)规定了第五透镜L5的形状,可以有效校正光学系统前面四片镜片(L1、L2、L3、L4)所产生的像差。
优选的,所述第四透镜L4的焦距为f4,满足以下关系式:
1.10≤f4/f≤2.40 (6)
条件式(6)规定了第四透镜L4焦距与摄像光学镜头10总焦距的比值,有助于场曲校正,提高系统成像性能。
优选的,所述第二透镜L2的焦距为f2,满足以下关系式:
-5.00≤f2/f≤25.00 (7)
条件式(7)规定了第二透镜L2的焦距与摄像光学镜头10总焦距的比值,能有效地平衡第一透镜产生的球差以及系统的场曲量
优选的,所述第三透镜L3的焦距为f3,满足以下关系式:
0.40≤f3/f≤1.40 (8)
条件式(8)规定了第三透镜L3的焦距与摄像光学镜头10总焦距的比值,在条件式范围内有利于获得良好的平衡场曲的能力,进而提升成像品质。
优选的,所述第一透镜L1物侧面的曲率半径为R1,所述第一透镜L1像侧面的曲率半径为R2,满足以下关系式:
0.30≤(R1+R2)/(R1-R2)≤0.74 (9)
条件式(9)规定了第一透镜L1的形状,在条件式范围内有利于矫正系统球差。
优选的,所述第三透镜L3物侧面的曲率半径为R5,所述第三透镜L3像侧面的曲率半径为R6,满足以下关系式:
0.18≤(R5+R6)/(R5-R6)≤0.47 (10)
条件式(10)规定了第三透镜L3的形状,在条件式范围内有助于第三透镜的成型,并避免因第三透镜表面曲率过大而导致的成型不良。
优选的,所述第四透镜L4物侧面的曲率半径为R7,所述第四透镜L4像侧面的曲率半径为R8,满足以下关系式:
-1.73≤(R7+R8)/(R7-R8)≤-0.23 (11)
条件式(11)规定了第四透镜L4的形状,在条件式范围内有助于补正光学系统的像差,提高光学系统的性能。
此外,透镜的表面可以设置为非球面,非球面可以容易制作成球面以外的形状,获得较多的控制变数,用以消减像差,进而缩减透镜使用的数目,因此可以有效降低本发明摄像光学镜头的总长度。本发明实施例中,各个透镜的物侧面和像侧面均为非球面。
值得一提的是,由于构成本实施方式的摄像光学透镜10的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5具有如前所述的结构和参数关系,因此,摄像光学镜头10能够平衡可见光波段和近红外波段的色差,并合理分配各透镜的光焦度、面型、材料以及各透镜的轴上厚度等,且因此校正了各类像差,本发明的摄像光学镜头能够使可见光和红外共焦面工作,工作波段宽为0.436um-0.86um,光学成像系统Fno≤2.2;摄像光学镜头10的视场角FOV,满足以下关系式:FOV≥74度。实现了具有可见光和红外共焦的良好光学成像性能的同时,满足大光圈和广角化的设计要求。
优选的,所述透镜的物侧面和/或像侧面上还可以设置有反曲点和/或驻点,以满足高品质的成像需求,具体的可实施方案,参下所述。
图1是第一实施方式中摄像光学镜头10的结构示意图。以下示出了本发明第一实施方式中摄像光学镜头10的设计数据。
表1列出了本发明第一实施方式中构成摄像光学镜头10的第一透镜L1~第五镜头L5的物侧以及像侧曲率半径R、透镜的轴上厚度、透镜间的距离d、折射率nd及阿贝数vd。表2示出了摄像光学镜头10的圆锥系数k与非球面系数。需要说明的是,本实施方式中,距离、半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
【表1】
上表中各符号的含义如下。
R:光学面的曲率半径;
S1:光圈;
R1:第一透镜L1的物侧面;
R2:第一透镜L1的像侧面;
R3:第二透镜L2的物侧面;
R4:第二透镜L2的像侧面;
R5:第三透镜L3的物侧面;
R6:第三透镜L3的像侧面;
R7:第四透镜L4的物侧面;
R8:第四透镜L4的像侧面;
R9:第五透镜L5的物侧面;
R10:第五透镜L5的像侧面;
R11:玻璃平板GF的物侧面;
R12:玻璃平板GF的像侧面;
d:透镜的轴上厚度或相邻透镜之间的轴上距离;
d0:光圈S1到第一透镜L1的物侧面的轴上距离;
d1:第一透镜L1的轴上厚度;
d2:第一透镜L1的像侧面到第二透镜L2的物侧面的轴上距离;
d3:第二透镜L2的轴上厚度;
d4:第二透镜L2的像侧面到第三透镜L3的物侧面的轴上距离;
d5:第三透镜L3的轴上厚度;
d6:第三透镜L3的像侧面到第四透镜L4的物侧面的轴上距离;
d7:第四透镜L4的轴上厚度;
d8:第四透镜L4的像侧面到第五透镜L5的物侧面的轴上距离;
d9:第五透镜L5的轴上厚度;
d10:第五透镜L5的像侧面到第六透镜L6的物侧面的轴上距离;
d11:玻璃平板GF的轴上厚度;
d12:玻璃平板GF的像侧面到像面Si的轴上距离;
nd:d线的折射率;
nd1:第一透镜L1的折射率;
nd2:第二透镜L2的折射率;
nd3:第三透镜L3的折射率;
nd4:第四透镜L4的折射率;
nd5:第五透镜L5的折射率;
ndg:玻璃平板GF的折射率;
vd:阿贝数;
v1:第一透镜L1的阿贝数;
v2:第二透镜L2的阿贝数;
v3:第三透镜L3的阿贝数;
v4:第四透镜L4的阿贝数;
v5:第五透镜L5的阿贝数;
vg:玻璃平板GF的阿贝数。
【表2】
在表2中,k是圆锥系数,A4、A6、A8、A10、A12、A14是非球面系数。
需要说明的是,本实施方式中各透镜的非球面优选的使用下述条件式(12)所示的非球面,但是,下述条件式(12)的具体形式仅为一个示例,实际上,并不限于条件式(12)中表示的非球面多项式形式。
Y=(x2/R)/{1+[1-(1+k)(x2/R2)]1/2}+A4x4+A6x6+A8x8+A10x10+A12x12+A14x14 (12)
表3、表4示出本发明实施例的摄像光学镜头10中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。其中,P1R1、P2R2分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面,P2R1、P2R2分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面,P3R1、P3R2分别代表第三透镜L3的物侧面和像侧面,P4R1、P4R2分别代表第四透镜L4的物侧面和像侧面,P5R1、P5R2分别代表第五透镜L5的物侧面和像侧面。“反曲点位置”栏位对应数据为各透镜表面所设置的反曲点到摄像光学镜头10光轴的垂直距离。“驻点位置”栏位对应数据为各透镜表面所设置的驻点到摄像光学镜头10光轴的垂直距离。
【表3】
【表4】
|
驻点个数 |
驻点位置1 |
P1R1 |
1 |
0.775 |
P2R1 |
1 |
0.415 |
另外,在后续的表21中,还列出了第一实施方式中各种参数与条件式中已规定的参数所对应的值。
图2、图3分别示出了波长为436nm、588nm、656nm、848nm、850nm和860nm的光经过第一实施方式的摄像光学镜头10后的轴向像差以及倍率色差示意图。图4则示出了,波长为588nm的光经过第一实施方式的摄像光学镜头10后的场曲及畸变示意图。图4的场曲S是弧矢方向的场曲,T是子午方向的场曲。
在本实施方式中,所述摄像光学镜头10的总焦距为f,F值为Fno,其中,f=1.475,Fno=2.19,FOV=75.00°。如此,摄像光学镜头10具有大光圈、广角,且具有优秀的成像性能。
第二实施方式:
图5是第二实施方式中摄像光学镜头20的结构示意图,第二实施方式与第一实施方式基本相同,符号含义与第一实施方式相同,以下只列出不同点。
表5、表6示出本发明第二实施方式的摄像光学镜头20的设计数据。
【表5】
【表6】
表7、表8示出本发明实施例的摄像光学镜头20中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。
【表7】
【表8】
|
驻点个数 |
驻点位置1 |
P1R1 |
1 |
0.855 |
P2R1 |
1 |
0.545 |
在后续的表21中,还列出了第二实施方式中各种参数与条件式中已规定的参数所对应的值。
图6、图7分别示出了波长为436nm、588nm、656nm、840nm、850nm和860nm的光经过第二实施方式的摄像光学镜头20后的轴向像差以及倍率色差示意图。图8则示出了,波长为588nm的光经过第二实施方式的摄像光学镜头20后的场曲及畸变示意图。图8的场曲S是弧矢方向的场曲,T是子午方向的场曲。
在本实施方式中,所述摄像光学镜头20的总焦距为f,F值为Fno,其中,f=1.472,Fno=2.19,FOV=75.72°。如此,摄像光学镜头20具有大光圈、广角,且具有优秀的成像性能。
第三实施方式:
图9是第三实施方式中摄像光学镜头30的结构示意图,第三实施方式与第一实施方式基本相同,符号含义与第一实施方式相同,以下只列出不同点。
表9、表10示出了本发明第三实施方式的摄像光学镜头30的设计数据。
【表9】
【表10】
表11、表12示出本发明实施例的摄像光学镜头30中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。
【表11】
【表12】
|
驻点个数 |
驻点位置1 |
P1R1 |
1 |
0.715 |
P2R1 |
1 |
0.335 |
在后续的表21中,还列出了第三实施方式中各种参数与条件式中已规定的参数所对应的值。
图10、图11分别示出了波长为436nm、538nm、656nm、848nm、850nm和860nm的光经过第三实施方式的摄像光学镜头30后的轴向像差以及倍率色差示意图。图12则示出了,波长为588nm的光经过第三实施方式的摄像光学镜头30后的场曲及畸变示意图。图12的场曲S是弧矢方向的场曲,T是子午方向的场曲。
在本实施方式中,所述摄像光学镜头30的总焦距为f,F值为Fno,其中,f=1.491,Fno=2.19,FOV=74.80°。如此,摄像光学镜头30具有大光圈、广角,且具有优秀的成像性能。
第四实施方式:
图13是第四实施方式中摄像光学镜头40的结构示意图,第四实施方式与第一实施方式基本相同,符号含义与第一实施方式相同,以下只列出不同点。
表13、表14示出了本发明第四实施方式的摄像光学镜头40的设计数据。
【表13】
【表14】
表15、表16示出本发明实施例的摄像光学镜头40中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。
【表15】
【表16】
|
驻点个数 |
驻点位置1 |
P1R1 |
1 |
0.785 |
P2R1 |
1 |
0.405 |
在后续的表21中,还列出了第四实施方式中各种参数与条件式中已规定的参数所对应的值。
图14、图15分别示出了波长为436nm、588nm、656nm、848nm、850nm和860nm的光经过第四实施方式的摄像光学镜头40后的轴向像差以及倍率色差示意图。图16则示出了波长为588nm的光经过第四实施方式的摄像光学镜头40后的场曲及畸变示意图。图16的场曲S是弧矢方向的场曲,T是子午方向的场曲。
在本实施方式中,所述摄像光学镜头40的总焦距为f,F值为Fno,其中,f=1.490,Fno=2.19,FOV=74.52°。如此,摄像光学镜头40具有大光圈、广角,且具有优秀的成像性能。
第五实施方式:
图17是第五实施方式中摄像光学镜头50的结构示意图,第五实施方式与第一实施方式基本相同,符号含义与第一实施方式相同,以下只列出不同点。
表17、表18示出了本发明第五实施方式摄像光学镜头50的设计数据。
【表17】
【表18】
表19、表20示出本发明实施例的摄像光学镜头50中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。
【表19】
【表20】
|
驻点个数 |
驻点位置1 |
P1R1 |
1 |
0.965 |
P2R1 |
1 |
0.475 |
P4R2 |
1 |
0.205 |
在后续的表21中,还列出了第五实施方式中各种参数与条件式中已规定的参数所对应的值。
图18、图19分别示出了波长为436nm、588nm、656nm、848nm、850nm和860nm的光经过第五实施方式的摄像光学镜头50后的轴向像差以及倍率色差示意图。图20则示出了波长为588nm的光经过第五实施方式的摄像光学镜头50后的场曲及畸变示意图。图20的场曲S是弧矢方向的场曲,T是子午方向的场曲。
在本实施方式中,所述摄像光学镜头50的总焦距为f,F值为Fno,其中,f=1.489,Fno=2.19,FOV=74.80°。如此,摄像光学镜头50具有大光圈、广角,且具有优秀的成像性能。
以下表21按照上述条件式列出了第一实施方式、第二实施方式和第三实施方式、第四实施方式、第五实施方式中对应各条件式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)的数值,以及其他相关参数的取值。
【表21】
以上所述的仅是本发明的实施方式,在此应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出改进,但这些均属于本发明的保护范围。