CN110320646A - 大光圈广角光学系统及其应用的摄像模组 - Google Patents

大光圈广角光学系统及其应用的摄像模组 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种大光圈广角光学系统，沿光轴从物面到像面依次包括：第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、以及第六透镜。另一方面，本发明实施例还提供了一种摄像模组。本发明实施例，主要由6枚透镜构成，透镜枚数少，结构简单，成本较低；光阑位于第一透镜和第二透镜之间，有利于缩小前端口径，整体外形适中；同时，光阑靠前设置及不同透镜相互组合及合理分配光焦度，具有大孔径、高像素、大光圈和良好消热差等光学性能，适用于车载镜头领域。

Description

大光圈广角光学系统及其应用的摄像模组
技术领域：
本发明涉及一种光学系统及其应用的摄像模组，尤其是一种应用于车载领域的大光圈广角光学系统及其应用的摄像模组。
背景技术：
随着汽车安全驾驶系统的应用与普及，车载领域的光学系统或模组也得到了普遍应用。而应用于前车碰撞预警、轨道偏移预警、行人识别预警等应用镜头的需求也越来越多。此类光学系统或模组要求能适应白天和低照度环境下都能清晰成像，因此镜头需要考虑大光圈；同时，为了满足对宽视野范围的细节辨识，因此光学系统或模组需具备较大的视场角和更高清的像素。而现有应用于车载领域的光学系统或模组，普遍存在镜片过多、结构复杂、光圈过小或像素过低的缺陷，难以满足市场的需求。
发明内容：
为克服现有应用于车载领域的光学系统或模组，普遍存在镜片过多、结构复杂的问题，本发明实施例一方面提供了一种大光圈广角光学系统。
一种大光圈广角光学系统，沿光轴从物面到像面依次包括：第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、以及第六透镜；
第一透镜的像面侧为凹面，其光焦度为负；
第二透镜的物面侧为凹面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第三透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第四透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第五透镜的物面侧为凹面，其光焦度为负；
第六透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
光阑，位于第一透镜和第二透镜之间；
其中，第四透镜和第五透镜相互胶合形成组合透镜。
另一方面，本发明实施例还提供了一种摄像模组。
一种摄像模组，至少包括光学镜头，光学镜头内安装有上述所述的大光圈广角光学系统。
本发明实施例之光学系统或摄像模组，主要由6枚透镜构成，透镜枚数少，结构简单，成本较低；光阑位于第一透镜和第二透镜之间，有利于缩小光学系统或摄像模组的前端口径，光学系统或摄像模组整体外形适中；同时，光阑靠前设置及不同透镜相互组合及合理分配光焦度，具有大孔径、高像素、大光圈和良好消热差等光学性能，适用于车载镜头领域。
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单地介绍，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为本发明的光学系统或摄像模组实施例的结构示意图一；
图2为本发明的光学系统或摄像模组实施例的+25℃下的畸变曲线图；
图3为本发明的光学系统或摄像模组实施例的+25℃下的MTF曲线图；
图4为本发明的光学系统或摄像模组实施例的+25℃下的相对照度图；
图5为本发明的光学系统或摄像模组实施例的-40℃下的MTF曲线图；
图6为本发明的光学系统或摄像模组实施例的+85℃下的MTF曲线图；
图7为本发明的光学系统或摄像模组实施例的结构示意图二；
图8为本发明的光学系统或摄像模组实施例的结构示意图三。
图9为本发明的光学系统或摄像模组实施例的结构示意图四。
具体实施方式：
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
当本发明实施例提及“第一”、“第二”等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，应当理解为仅仅是起区分之用。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种大光圈广角光学系统，沿光轴从物面到像面依次包括：第一透镜1、光阑7、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、以及第六透镜6。
第一透镜1的像面侧为凹面，其光焦度为负；
第二透镜2的物面侧为凹面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第三透镜3的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第四透镜4的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第五透镜5的物面侧为凹面，其光焦度为负；
第六透镜6的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
光阑7，位于第一透镜1和第二透镜2之间；
其中，第四透镜4和第五透镜5相互胶合形成组合透镜。
本发明实施例之光学系统，主要由6枚透镜构成，透镜枚数少，结构简单，成本较低；光阑位于第一透镜和第二透镜之间，有利于缩小光学系统的前端口径，光学系统整体外形适中；同时，光阑靠前设置及不同透镜相互组合及合理分配光焦度，具有大孔径、高像素、大光圈和良好消热差等光学性能，适用于车载镜头领域。
进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，如图1所示，
第一透镜1的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负；
第二透镜2的物面侧为凹面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第三透镜3的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第四透镜4的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第五透镜5的物面侧为凹面，像面侧为凸面，其光焦度为负；
第六透镜6的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正。
再进一步地，作为本发明的另一种优选实施方式而非限定，如图7所示，
第一透镜1的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负；
第二透镜2的物面侧为凹面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第三透镜3的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第四透镜4的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第五透镜5的物面侧为凹面，像面侧为凹面，其光焦度为负；
第六透镜6的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正。
更进一步地，作为本发明的另一种优选实施方式而非限定，如图8所示，
第一透镜1的物面侧为凹面，像面侧为凹面，其光焦度为负；
第二透镜2的物面侧为凹面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第三透镜3的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第四透镜4的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第五透镜5的物面侧为凹面，像面侧为凸面，其光焦度为负；
第六透镜6的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正。
更进一步地，作为本发明的另一种优选实施方式而非限定，如图9所示，
第一透镜1的物面侧为凹面，像面侧为凹面，其光焦度为负；
第二透镜2的物面侧为凹面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第三透镜3的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第四透镜4的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第五透镜5的物面侧为凹面，像面侧为凹面，其光焦度为负；
第六透镜6的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正。
进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，光学系统满足TTL/EFL≤6.7，其中TTL为光学系统的第一透镜1物面侧顶点至成像面8之间的距离，EFL为光学系统的有效焦距。结构简单、紧凑，采用不同透镜相互组合，具有大孔径、高像素、大光圈和良好消热差等光学性能。
再进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，光学系统的各透镜满足如下条件：
(1)-15<f1<-2；
(2)10<f2<100；
(3)5<f3<50；
(4)5<f4<50；
(5)-25<f5<-5；
(6)5<f6<50；
其中，f1为第一透镜1的焦距，f2为第二透镜2的焦距，f3为第三透镜3的焦距，f4为第四透镜4的焦距，f5为第五透镜5的焦距，f6为第六透镜6的焦距。采用不同透镜相互组合，具有大孔径、高像素、大光圈和良好消热差等光学性能。
更进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，光学系统的各透镜满足如下条件：
(1)-10<f1/f<-0.2；
(2)2<f2/f<20；
(3)0.5<f3/f<10；
(4)0.5<f4/f<10；
(5)-5.5<f5/f<-0.5；
(6)0.5<f6/f<10；
其中，f为整个光学系统的焦距，f1为第一透镜1的焦距，f2为第二透镜2的焦距，f3为第三透镜3的焦距，f4为第四透镜4的焦距，f5为第五透镜5的焦距，f6为第六透镜6的焦距。采用不同透镜相互组合，具有大孔径、高像素、大光圈和良好消热差等光学性能。
又进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第一透镜1、第二透镜2或第三透镜3、第六透镜6为非球面透镜；第四透镜4和第五透镜5胶合一体。采用不同透镜相互组合，具有大孔径、高像素、大光圈和良好消热差等光学性能。具体地，本实施方式中，第一透镜1、第二透镜2、第六透镜6优选为玻璃非球面透镜。
再进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第一透镜1的材料折射率Nd1、材料阿贝常数Vd1满足：1.65<Nd1<1.95，35<Vd1<55。结构简单，可保证良好的光学性能。
更进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第二透镜2的材料折射率Nd2、材料阿贝数Vd2满足：1.65<Nd2<1.95，35<Vd2<55。结构简单，可保证良好的光学性能。
又进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第三透镜3的材料折射率Nd3、材料阿贝数Vd3满足：1.45<Nd3<1.75，40<Vd3<85。结构简单，可保证良好的光学性能。
再进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第四透镜4的材料折射率Nd4、材料阿贝数Vd4满足：1.45<Nd4<1.75，40<Vd4<85。结构简单，可保证良好的光学性能。
更进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第五透镜5的材料折射率Nd5、材料阿贝数Vd5满足：1.80<Nd5<2.10，15<Vd5<35。结构简单，可保证良好的光学性能。
又进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第六透镜6的材料折射率Nd6、材料阿贝数Vd6满足：1.45<Nd6<1.75，40<Vd6<85。结构简单，可保证良好的光学性能。
更进一步地，作为本方案的优选实施方式而非限定，第六透镜6与像面8间设有红外截止滤光片，用来通过可见光截止红外光，防止产生红曝。
具体地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，本发明实施例之光学系统，第一透镜1的焦距f1＝-6.47mm，第二透镜2的焦距f2＝18.72mm，第三透镜3的焦距f3＝14.58mm，第四透镜4的焦距f4＝9.57mm，第五透镜5的焦距f5＝-8.93mm，第六透镜6的焦距f6＝20.12。其中，第二透镜2和第三透镜3之间的间距D2＝0.50mm，第三透镜3和第四透镜4之间的间距D3，与第五透镜5和第六透镜6之间的间距D5相等，均为0.10mm，本光学系统的各项基本参数如下表所示：
表面 曲率半径R(mm) 厚度D(mm) 折射率Nd 色散值Vd
S1 15.00 2.30 1.76 49.2
S2 3.50 2.20
STO INFINITY 0.55
S4 -12.00 4.80 1.76 49.2
S5 -7.70 0.5
S6 20.00 7.50 1.49 81.5
S7 -10.00 0.10
S8 12.50 5.5 1.51 64.2
S9 -7.00 0.80 1.84 23.7
S10 -88.00 0.10
S11 12.70 5.50 1.51 64.2
S12 -50.00 1.00
S13 INFINITY 0.80 1.52 64.2
S14 INFINITY 2.70
S15 INFINITY 0
上表中，沿光轴从物面到像面，S1、S2对应为第一透镜1的两个表面；STO对应为光学系统孔径光阑7所在位置；S4、S5对应为第二透镜2的两个表面；S6、S7对应为第三透镜3的两个表面；S8、S9对应为第四透镜4的两个表面；S9、S10对应为第五透镜5的两个表面；S11，S12对应为第六透镜6的两个表面；S13、S14对应为位于第六透镜6与像面8之间的红外截止滤光片的两个表面；S15对应为Sensor成像面8。
又进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第一透镜1、第二透镜2、第六透镜6的表面为非球面形状，其满足以下方程式：
其中，参数c＝1/R，即为半径所对应的曲率，y为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数，a1至a8分别为各径向坐标所对应的系数。所述第一透镜1、第二透镜2、第六透镜6的非球面相关数值如下表所示：
No. K A1 A2 A3 A4
S1 -25.000000 0 -0.000091398404874190 0.000028487121924680 -0.000000062179139719
S2 0.200000 0 -0.003380054617497000 0.000012647178658330 -0.000006275050824204
S4 1.050000 0 -0.002443101303384000 -0.000538849650640900 0.000021621086420780
S5 -1.550000 0 -0.000357629145491900 -0.000007394135327479 0.000000307453552441
S11 -8.800000 0 0.000039079474622620 -0.000002166580666710 0.000000069752568059
S12 17.220000 0 -0.000121906566829100 0.000000943564127356 0.000000011607402865
从图2至图6中可以看出，本实施例中的光学系统具有非常好的消热差性能。采用不同镜片组合以及合理分配光焦度实现了大孔径、高像素、大光圈和良好消热差等光学性能。
一种摄像模组，至少包括光学镜头，光学镜头内安装有上述所述的大光圈广角光学系统。
本发明实施例之摄像模组，主要由6枚透镜构成，透镜枚数少，结构简单，成本较低；光阑位于第一透镜和第二透镜之间，有利于缩小光学系统的前端口径，摄像模组整体外形适中；同时，光阑靠前设置及不同透镜相互组合及合理分配光焦度，具有大孔径、高像素、大光圈和良好消热差等光学性能，适用于车载镜头领域。
如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本发明的具体实施只局限于这些说明。凡与本发明的方法、结构等近似、雷同，或是对于本发明构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大光圈广角光学系统，沿光轴从物面到像面依次包括：第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、以及第六透镜；其特征在于，
第一透镜的像面侧为凹面，其光焦度为负；
第二透镜的物面侧为凹面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第三透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第四透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第五透镜的物面侧为凹面，其光焦度为负；
第六透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
光阑，位于第一透镜和第二透镜之间；
其中，第四透镜和第五透镜相互胶合形成组合透镜。
2.如权利要求1所述的大光圈广角光学系统，其特征在于，光学系统满足TTL/EFL≤6.7，其中TTL为光学系统的第一透镜物面侧顶点至像面之间的距离，EFL为光学系统的有效焦距。
3.如权利要求1所述的大光圈广角光学系统，其特征在于，光学系统的各透镜满足如下条件：
(1)-15<f1<-2；
(2)10<f2<100；
(3)5<f3<50；
(4)5<f4<50；
(5)-25<f5<-5；
(6)5<f6<50；
其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f6为第六透镜的焦距。
4.如权利要求1所述的大光圈广角光学系统，其特征在于，光学系统的各透镜满足如下条件：
(1)-10<f1/f<-0.2；
(2)2<f2/f<20；
(3)0.5<f3/f<10；
(4)0.5<f4/f<10；
(5)-5.5<f5/f<-0.5；
(6)0.5<f6/f<10；
其中，f为整个光学系统的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f6为第六透镜的焦距。
5.如权利要求1所述的大光圈广角光学系统，其特征在于，第一透镜、第二透镜或第三透镜、第六透镜为非球面透镜。
6.如权利要求1～5任一项所述的大光圈广角光学系统，其特征在于，第一透镜的材料折射率Nd1、材料阿贝常数Vd1满足：1.65<Nd1<1.95，35<Vd1<55；和/或第二透镜的材料折射率Nd2、材料阿贝数Vd2满足：1.65<Nd2<1.95，35<Vd2<55。
7.如权利要求1～5任一项所述的大光圈广角光学系统，其特征在于，第三透镜的材料折射率Nd3、材料阿贝数Vd3满足：1.45<Nd3<1.75，40<Vd3<85；和/或第四透镜的材料折射率Nd4、材料阿贝数Vd4满足：1.45<Nd4<1.75，40<Vd4<85。
8.如权利要求1～5任一项所述的大光圈广角光学系统，其特征在于，第五透镜的材料折射率Nd5、材料阿贝数Vd5满足：1.80<Nd5<2.10，15<Vd5<35。
9.如权利要求1～5任一项所述的大光圈广角光学系统，其特征在于，第六透镜的材料折射率Nd6、材料阿贝数Vd6满足：1.45<Nd6<1.75，40<Vd6<85。
10.一种摄像模组，至少包括光学镜头，其特征在于，光学镜头内安装有权利要求1-9任一项所述的大光圈广角光学系统。
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