CN110308542B - 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至第六透镜，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凸凹或平凹透镜，第三透镜为具正屈光的双凸或平凸透镜；第四透镜为凹凸透镜，第四透镜的物侧面与像侧面均为非球面；第五透镜为具正屈光的双凸或平凸透镜；第六透镜具负屈光率，且第六透镜的物侧面为凹面。本发明具有大通光、总长短、高分辨率、相对照度高、成像质量好的优点。

Description

一种光学成像镜头
技术领域
本发明属于镜头技术领域，具体地涉及一种光学成像镜头。
背景技术
随着科学技术的不断进步，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，因此，对于光学成像镜头的要求也越来越高。但目前市场上的TOF(时间飞行)镜头，其通光远未达到应用所需理想通光值；对畸变管控差，矫正畸变导致大量像素损失；高分辨的TOF镜头整体尺寸较大，与市场需求存在落差；且为实现大通光，对边缘视场相对照度牺牲较大，照度变化大，已无法满足消费者日益增长的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学成像镜头用以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、第五透镜和第六透镜；该第一透镜至第六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凸面或平面，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且该第三透镜的像侧面为凸面；或该第三透镜的物侧面为凸面且该第三透镜的像侧面为平面；或该第三透镜的物侧面为平面且该第三透镜的像侧面为凸面；
该第四透镜的物侧面为凹面，该第四透镜的像侧面为凸面；该第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面；
该五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面且该第五透镜的像侧面为凸面；或该第五透镜的物侧面为凸面且该第五透镜的像侧面为平面；或该第五透镜的物侧面为平面且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；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片。
进一步的，还包括光阑，该光阑设置在第三透镜与第四透镜之间。
进一步的，该光学成像镜头满足：nd3>1.8，nd5>nd6，其中，nd3为该第三透镜在d线的折射率，nd5为该第五透镜在d线的折射率，nd6为该第六透镜在d线的折射率。
更进一步的，该光学成像镜头满足：1.51≤nd1≤nd2，1.68≤nd4<nd3≤2.1，1.49≤nd6<nd5≤2.1，其中，nd1-nd6分别为该第一透镜至第六透镜在d线的折射率。
进一步的，该第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面相互胶合。
进一步的，该第五透镜的像侧面与第六透镜的物侧面相互胶合。
进一步的，该光学成像镜头满足：TTL＜26mm，其中，TTL为该第一透镜的物侧面到一成像面在光轴上的距离。
进一步的，该光学成像镜头满足：8mm<ALG<10mm，其中，ALG为该第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和。
进一步的，该光学成像镜头满足：12mm<ALT<13mm，其中，ALT为该第一透镜至该第六透镜在该光轴上的六个透镜厚度的总和。
进一步的，该光学成像镜头满足：1.2<ALT/ALG<1.6，其中，ALG为该第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和，ALT为该第一透镜至该第六透镜在该光轴上的六个透镜厚度的总和。
本发明的有益技术效果：
本发明通光大(光圈值FNO达到1.2以下)，增大识别范围；光学传递函数管控较好，分辨率高；畸变低，且减少矫正畸变情况下像素损失严重的情况；系统总长短；对相对照度进行管控，保证大通光条件下的相对照度均匀；且设计良率高(针对现有常规TOF传感器，设计良率达到95％以上)。
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850nm的MTF图一；
图3为本发明实施例一的850nm的MTF图二；
图4为本发明实施例一的940nm的MTF图；
图5为本发明实施例一的840-860nm的离焦曲线图；
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相对照度曲线图；
图8为本发明实施例二的结构示意图；
图9为本发明实施例二的850nm的MTF图一；
图10为本发明实施例二的850nm的MTF图二；
图11为本发明实施例二的940nm的MTF图；
图12为本发明实施例二的840-860nm的离焦曲线图；
图13为本发明实施例二的场曲和畸变示意图；
图14为本发明实施例二的相对照度曲线图；
图15为本发明实施例三的结构示意图；
图16为本发明实施例三的850nm的MTF图一；
图17为本发明实施例三的850nm的MTF图二；
图18为本发明实施例三的840-860nm的离焦曲线图；
图19为本发明实施例三的场曲和畸变示意图；
图20为本发明实施例三的相对照度曲线图；
图21为本发明实施例四的结构示意图；
图22为本发明实施例四的850nm的MTF图一；
图23为本发明实施例四的850nm的MTF图二；
图24为本发明实施例四的840-860nm的离焦曲线图；
图25为本发明实施例四的场曲和畸变示意图；
图26为本发明实施例四的相对照度曲线图；
图27为本发明实施例五的结构示意图；
图28为本发明实施例五的940nm的MTF图一；
图29为本发明实施例五的940nm的MTF图二；
图30为本发明实施例五的940nm的离焦曲线图；
图31为本发明实施例五的场曲和畸变示意图；
图32为本发明实施例五的相对照度曲线图；
图33为本发明五个实施例的相关重要参数的数值表。
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、第五透镜和第六透镜；该第一透镜至第六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凸面或平面，该第二透镜的像侧面为凹面；第一透镜和第二透镜为负透镜，减小第四透镜、第五透镜和第六透镜的像差补偿量，减小每片镜片的光焦度，减小像差(特别是彗差、畸变)初级量，且也可降低其高级量。
该第三透镜具正屈光率，该第三透镜的物侧面为凸面且该第三透镜的像侧面为凸面；或该第三透镜的物侧面为凸面且该第三透镜的像侧面为平面；或该第三透镜的物侧面为平面且该第三透镜的像侧面为凸面。该第三透镜近似为鼓型透镜，进行像差补偿，且光焦度分配可以大幅降低或大幅降低系统总长。
该第四透镜的物侧面为凹面，该第四透镜的像侧面为凸面；该第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面；可改善高级球差、慧差，提升相对孔径，同时，可尽可能缩小非球面有效径，缩短系统总长，降低系统成本。
该五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面且该第五透镜的像侧面为凸面；或该第五透镜的物侧面为凸面且该第五透镜的像侧面为平面；或该第五透镜的物侧面为平面且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；第五透镜与第六透镜正负透镜组合，对像差进行矫正。
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片，本发明采用六片透镜，并通过对各个透镜的屈光率以及凹凸曲面排列设计，具有通光大；光学传递函数管控较好，分辨率高；畸变低，且减少矫正畸变情况下像素损失严重的情况；系统总长短；对相对照度进行管控，保证大通光条件下的相对照度均匀；且设计良率高的优点。
优选的，还包括光阑，该光阑设置在第三透镜与第四透镜之间，使整体结构倾向于成为对称结构，有助于畸变及慧差的优化改善。使光阑与前后镜片距离扩大，缩小镜片口径。
优选的，该光学成像镜头满足：nd3>1.8，nd5>nd6，其中，nd3为该第三透镜在d线的折射率，nd5为该第五透镜在d线的折射率，nd6为该第六透镜在d线的折射率，进一步矫正色差，并改善装配条件，提高产品良率。
更优选的，该光学成像镜头满足：1.51≤nd1≤nd2，1.68≤nd4<nd3≤2.1，1.49≤nd6<nd5≤2.1，其中，nd1-nd6分别为该第一透镜至第六透镜在d线的折射率，进一步提升系统性能。
优选的，该第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面相互胶合，使得工艺稳定性更好，提高产品良率。
优选的，该第五透镜的像侧面与第六透镜的物侧面相互胶合，降低系统场曲，改善装配条件，提高产品良率。
优选的，该光学成像镜头满足：TTL＜26mm，其中，TTL为该第一透镜的物侧面到一成像面在光轴上的距离，进一步缩短光学成像镜头的系统总长。
优选的，该光学成像镜头满足：8mm<ALG<10mm，其中，ALG为该第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和，以进一步缩短光学成像镜头的系统长度，且易于加工制造，优化系统配置。
优选的，该光学成像镜头满足：12mm<ALT<13mm，其中，ALT为该第一透镜至该第六透镜在该光轴上的六个透镜厚度的总和，以进一步缩短光学成像镜头的系统长度，且易于加工制造，优化系统配置。
优选的，该光学成像镜头满足：1.2<ALT/ALG<1.6，其中，ALG为该第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和，ALT为该第一透镜至该第六透镜在该光轴上的六个透镜厚度的总和，以进一步缩短光学成像镜头的系统长度，且易于加工制造，优化系统配置。
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。
实施例一
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、第三透镜3，光阑7、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、平板玻璃8和成像面9；该第一透镜1至第六透镜6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为凸面，该第二透镜2的像侧面22为凹面。当然，在其它实施例中，该第二透镜2的物侧面21也可以是平面。
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。当然，在在其它实施例中，第三透镜3也可以是物侧面31为凸面，像侧面32为平面；或物侧面31为平面，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为凹面，该第四透镜4的像侧面42为凸面；该第四透镜4的物侧面41和像侧面42均为非球面。
该五透镜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。当然，在在其它实施例中，第五透镜5也可以是物侧面51为凸面，像侧面52为平面；或物侧面51为平面，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为凹面。当然，在其它实施例中，第六透镜6的像侧面62也可以是平面或凸面。
本具体实施例中，该第五透镜5的像侧面52与第六透镜6的物侧面61相互胶合。
本具体实施例中，光阑7优选设置在第三透镜3与第四透镜4之间，但并不限于此。
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
本具体实施例中，第三透镜4的物侧面41和像侧面42依下列非球面曲线公式定义：
其中：
z：非球面的深度(非球面上距离光轴为y的点，与相切于非球面光轴上顶点之切面，两者间的垂直距离)；
c：非球面顶点的曲率(the vertex curvature)；
K：锥面系数(Conic Constant)；
径向距离(radial distance)；
rn：归一化半径(normalization radius(NRADIUS))；
u：r/rn；
am：第m阶Qcon系数(is the mth Qcon coefficient)；
Qm con：第m阶Qcon多项式(the mth Qcon polynomial)；
各个非球面的参数详细数据请参考下表：
表面 41 42
K＝ 1.37E+00 -3.99E-01
a4＝ -1.85E-03 -1.76E-04
a6＝ 2.47E-04 5.72E-06
a8＝ -5.18E-05 5.61E-06
a10＝ 3.96E-06 -7.23E-07
a12＝ 8.47E-08 4.44E-08
a14＝ -1.00E-08 -8.00E-10
a16＝ 0.00E+00 0.00E+00
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图33。
本具体实施例的MTF曲线请参阅图2-4，从图上可以看出光学传递函数管控较好，高分辨率；红外850nm共焦性请参阅图5；场曲及畸变图详见图6的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变小；相对照度请参阅图7，可以看出相对照度高，均匀性好。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝5.3mm，光圈值FNO＝1.15，TTL＝24.758mm。
实施例二
如图8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也不同。
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
本具体实施例各个非球面的参数详细数据请参考下表：
表面 41 42
K＝ 1.32E+00 -4.69E-01
a4＝ -2.18E-03 -5.92E-05
a6＝ 3.58E-04 -1.77E-05
a8＝ -6.33E-05 6.91E-06
a10＝ 2.93E-06 -6.57E-07
a12＝ 3.52E-07 3.30E-08
a14＝ -2.00E-08 -5.00E-10
a16＝ 0.00E+00 0.00E+00
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图33。
本具体实施例的MTF曲线请参阅图9-11，从图上可以看出光学传递函数管控较好，高分辨率；红外850nm共焦性请参阅图12；场曲及畸变图详见图13的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变小；相对照度请参阅图14，可以看出相对照度高，均匀性好。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝5.3mm，光圈值FNO＝1.15，TTL＝24.775mm。
实施例三
如图15所示，本具体实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第六透镜6的像侧面62为凸面，此外，透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也不同，且本实施例中，该第一透镜1的像侧面12与第二透镜2的物侧面21相互胶合，第五透镜5与第六透镜6不胶合。
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
本具体实施例各个非球面的参数详细数据请参考下表：
表面 41 42
K＝ 1.55E+00 -5.96E-01
a4＝ -4.31E-04 -7.13E-06
a6＝ 5.86E-05 -8.71E-06
a8＝ -1.73E-06 1.08E-06
a10＝ 4.73E-08 -1.00E-08
a12＝ -9.84E-10 -9.84E-10
a14＝ 5.00E-10 4.00E-11
a16＝ 0.00E+00 0.00E+00
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图33。
本具体实施例的MTF曲线请参阅图16和17，从图上可以看出光学传递函数管控较好，高分辨率；红外850nm共焦性请参阅图18；场曲及畸变图详见图19的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变小；相对照度请参阅图20，可以看出相对照度高，均匀性好。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝5.3mm，光圈值FNO＝1.14，TTL＝24.680mm。
实施例四
如图21所示，本具体实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第二透镜2的物侧面21为平面，第三透镜3的像侧面32为平面，第四透镜具负屈光度，此外，透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也不同。
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
本具体实施例各个非球面的参数详细数据请参考下表：
表面 41 42
K＝ 5.87E-01 -2.06E+01
a4＝ 3.14E-04 -8.75E-03
a6＝ 1.84E-04 1.15E-03
a8＝ 1.61E-05 -7.06E-05
a10＝ -1.42E-06 1.68E-06
a12＝ 8.03E-08 8.50E-08
a14＝ -1.00E-10 -4.00E-09
a16＝ 0.00E+00 0.00E+00
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图33。
本具体实施例的MTF曲线请参阅图22和23，从图上可以看出光学传递函数管控较好，高分辨率；红外850nm共焦性请参阅图24；场曲及畸变图详见图25的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变小；相对照度请参阅图26，可以看出相对照度高，均匀性好。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝5.3mm，光圈值FNO＝1.15，TTL＝24.062mm。
实施例五
如图27所示，本具体实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第三透镜3的像侧面32为平面，第六透镜6的像侧面62为凸面，此外，透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也不同，且本具体实施例中，第五透镜5与第六透镜6不胶合，且省略平板玻璃。
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
本具体实施例各个非球面的参数详细数据请参考下表：
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图33。
本具体实施例的MTF曲线请参阅图28和29，从图上可以看出光学传递函数管控较好，高分辨率；红外940nm共焦性请参阅图30；场曲及畸变图详见图31的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变小；相对照度请参阅图32，可以看出相对照度高，均匀性好。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝2.97mm，光圈值FNO＝1.13，TTL＝25.990mm。
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 (9)

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、第五透镜和第六透镜；该第一透镜至第六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凸面或平面，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且该第三透镜的像侧面为凸面；或该第三透镜的物侧面为凸面且该第三透镜的像侧面为平面；
该第四透镜的物侧面为凹面，该第四透镜的像侧面为凸面；该第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面；
该五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面且该第五透镜的像侧面为凸面；或该第五透镜的物侧面为凸面且该第五透镜的像侧面为平面；或该第五透镜的物侧面为平面且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；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片；
该光学成像镜头满足：1.51≤nd1≤nd2，1.68≤nd4<nd3≤2.1，1.49≤nd6<nd5≤2.1，其中，nd1-nd6分别为该第一透镜至第六透镜在d线的折射率。
2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：还包括光阑，该光阑设置在第三透镜与第四透镜之间。
3.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头满足：nd3>1.8。
4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面相互胶合。
5.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与第六透镜的物侧面相互胶合。
6.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头满足：TTL＜26mm，其中，TTL为该第一透镜的物侧面到一成像面在光轴上的距离。
7.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头满足：8mm<ALG<10mm，其中，ALG为该第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和。
8.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头满足：12mm<ALT<13mm，其中，ALT为该第一透镜至该第六透镜在该光轴上的六个透镜厚度的总和。
9.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头满足：1.2<ALT/ALG<1.6，其中，ALG为该第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和，ALT为该第一透镜至该第六透镜在该光轴上的六个透镜厚度的总和。
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