CN110361830A - 光学镜头 - Google Patents

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CN110361830A CN201810252489.XA CN201810252489A CN110361830A CN 110361830 A CN110361830 A CN 110361830A CN 201810252489 A CN201810252489 A CN 201810252489A CN 110361830 A CN110361830 A CN 110361830A
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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包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中，第一透镜为具有正光焦度的弯月形透镜，且其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜具有正光焦度，且其物侧面为凸面，像侧面为凸面；第三透镜具有负光焦度，且其物侧面为凹面，像侧面为凹面；第四透镜为具有负光焦度的弯月形透镜，且其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜具有正光焦度。根据本申请的光学镜头，可实现长焦距、小型化、温度性能好等效果。

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五片透镜的光学镜头。
背景技术
随着科学技术的发展，无人驾驶等新兴技术将越来越普及，对镜头的远距离成像要求也将越来越高。而且，越来越多的领域需要用镜头来进行视野扩展，特别是恶劣环境下，更加需要使用镜头来代替人眼进行图像的采集和分析。因此，保持镜头在不同温度下性能的稳定性显得尤为重要。
常规的镜头在温度升高或降低的状态下，镜头最佳像面会发生偏移，出现成像模糊，因此不同温度下的高解像是前视镜头的一个必备性能。
另一方面，常规的车载镜头要求视场较大，故其焦距比较小，不利于对远距离处的景物清晰成像。远距离成像需要较长的焦距，但焦距较长会导致总长比较长，不利于镜头的小型化，特别是车载镜头此类安装空间受限的光学镜头。
发明内容
本申请提供了可适用于车载安装的、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一种光学镜头，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、第四透镜和第五透镜，其中，第一透镜为具有正光焦度的弯月形透镜，且其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜具有正光焦度，且其物侧面为凸面，像侧面为凸面；第三透镜具有负光焦度，且其物侧面为凹面，像侧面为凹面；第四透镜为具有负光焦度的弯月形透镜，且其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜具有正光焦度；其中，第二透镜与第三透镜相互胶合。
在一个实施方式中，第五透镜为弯月形透镜，且其物侧面为凹面，像侧面为凸面。
在一个实施方式中，第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面。
在一个实施方式中，光学镜头的光学总长TTL与光学镜头的整组焦距值F之间满足TTL/F≤1.5。
在一个实施方式中，第四透镜的物侧面的曲率半径R7、第四透镜的像侧面的曲率半径R8与第四透镜的中心厚度d7之间满足0.5≤(R8+d7)/R7≤2。
在一个实施方式中，第二透镜的材料折射率随温度变化的变化量dn/dt(2)≤-1.02E-05/℃。
在一个实施方式中，第五透镜材料的折射率Nd5≥1.7。
在一个实施方式中，光学镜头的各透镜采用全玻璃材料，以保证镜头在不同温度下光学性能的稳定性。
在一个实施方式中，第一透镜至第五透镜中的任意透镜可为非球面透镜，以进一步提升像质。
本申请的另一个方面提供了一种光学镜头，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、第四透镜和第五透镜，其中，第一透镜为具有正光焦度的弯月形透镜，且其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜具有正光焦度，且其物侧面为凸面，像侧面为凸面；第三透镜具有负光焦度，且其物侧面为凹面，像侧面为凹面；第四透镜为具有负光焦度的弯月形透镜，且其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜具有正光焦度；其中，光学镜头的光学总长TTL与光学镜头的整组焦距值F之间满足TTL/F≤1.5。
在一个实施方式中，第二透镜与第三透镜相互胶合。
在一个实施方式中，第五透镜为弯月形透镜，且其物侧面为凹面，像侧面为凸面。
在一个实施方式中，第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面。
在一个实施方式中，第四透镜的物侧面的曲率半径R7、第四透镜的像侧面的曲率半径R8与第四透镜的中心厚度d7之间满足0.5≤(R8+d7)/R7≤2。
在一个实施方式中，第二透镜的材料折射率随温度变化的变化量dn/dt(2)≤-1.02E-05/℃。
在一个实施方式中，第五透镜材料的折射率Nd5≥1.7。
在一个实施方式中，光学镜头的各透镜采用全玻璃材料，以保证镜头在不同温度下光学性能的稳定性。
在一个实施方式中，第一透镜至第五透镜中的任意透镜可为非球面透镜，以进一步提升像质。
本发明提出的光学镜头通过减少透镜数量，设置第四透镜为负弯月透镜，达到焦距变长同时保证总长较短的目的。本发明采用5片透镜的结构，在满足低成本、小型化的同时，实现了小畸变、高通光等性能，并且能有效矫正光学系统的像差，还能够保证在一定温度范围内仍保持较完美的成像清晰度。
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。
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五个具有光焦度的透镜，即第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。这五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)。
在示例性实施方式中，第一透镜具有正光焦度，能够汇聚进入系统的光线，有利于减小总长。第一透镜为凸面朝向物方的弯月形状，这样的布置能够收集进入后方光学系统的入射光线。
在示例性实施方式中，第二透镜为具有正光焦度的双凸透镜，第三透镜为具有负光焦度的双凹透镜。第二透镜和第三透镜胶合，将第一透镜收集的光线进行压缩，使光线走势平稳过渡至光阑。此外，胶合件的使用有助于消色差、减小场曲、校正慧差并提升解像力。在该布置中，具有正光焦度的第二透镜在前，具有负光焦度的第三透镜在后，从而能够进一步汇聚光线并减小整体TTL。而且，第二透镜采用特殊材料，保证在一定温度范围内仍保持较完美的成像清晰度。
在示例性实施方式中，光阑设置于第三透镜与第四透镜之间，能够收束前后光线、缩短光学系统总长、减小前后镜片组口径，并同时实现高通光。
在示例性实施方式中，第四透镜为凸面朝向像方的弯月形状，能够收集光阑出射的光线，进入后方光学系统。第四透镜具有负光焦度，近似同心圆，有利于增大焦距并减小光学总长。
在示例性实施方式中，第五透镜具有正光焦度，且为凸面朝向像方的弯月形透镜或者双凸透镜。第五透镜形成汇聚透镜，使光线平缓经过第五透镜后射到芯片表面，从而平衡系统的各个像差。第五透镜使用高折射率玻璃材质，能够显著减小视场随温度的变化，必要时使用非球面透镜可以进一步提升解像力。
在示例性实施方式中，光学镜头的光学总长TTL与光学镜头的整组焦距值F之间满足TTL/F≤1.5。更具体地，满足TTL/F＜1.29。
在示例性实施方式中，第四透镜的物侧面的曲率半径R7、第四透镜的像侧面的曲率半径R8与第四透镜的中心厚度d7之间满足0.5≤(R8+d7)/R7≤2。更具体地，满足1.06＜(R8+d7)/R7＜1.27。第四透镜用于收集光阑出射的光线，进入后方光学系统。第四透镜的这种设置有利于增大焦距并减小光学总长。
在示例性实施方式中，第二透镜的材料折射率随温度变化的变化量dn/dt(2)≤-1.02E-05/℃。更具体地，满足dn/dt(2)＜-1.06E-05/℃。这种设置保证光学镜头在一定温度范围内仍保持较完美的成像清晰度。
在示例性实施方式中，第五透镜材料的折射率Nd5≥1.7。更具体的，满足Nd5＞1.77。第五透镜使用高折射率的玻璃材质，能够显著减小视场随温度的变化，保证透镜在不同温度下保持稳定的光学性能，必要时使用非球面透镜可以进一步提升解像力。
在示例性实施方式中，光学镜头的各透镜采用全玻璃材料，以保证镜头在不同温度下光学性能的稳定性。
在示例性实施方式中，第一透镜至第五透镜中的任意透镜可为非球面透镜，以进一步提升像质。
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五个透镜为例进行了描述，但是该光学镜头不限于包括五个透镜。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、第四透镜L4和第五透镜L5。
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为具有正光焦度的双凸透镜，其物侧面S3为凸面，像侧面S4为凸面。
第三透镜L3为具有负光焦度的双凹透镜，其物侧面S4为凹面，像侧面S5为凹面。
第四透镜L4为具有负光焦度的弯月透镜，其物侧面S7为凹面，像侧面S8为凸面。
第五透镜L5为具有正光焦度的弯月透镜，其物侧面S9为凹面，像侧面S10为凸面。
其中，第二透镜L2和第三透镜L3胶合组成胶合透镜。
可选地，该光学镜头还可包括具有物侧面S11和像侧面S12的滤光片L6。滤光片可用于校正色彩偏差。来自物体的光依序穿过各表面S1至S12并最终成像在成像面S13上。
在本实施例的光学镜头中，可在第三透镜L3与第四透镜L4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
面号 曲率半径R 厚度T 折射率Nd 阿贝数Vd
1 24.2400 3.0000 1.77 49.61
2 147.6200 1.4000
3 11.5000 5.4000 1.62 63.41
4 -208.7550 0.8000 1.59 61.25
5 7.0460 2.0000
STO Infinity 4.8000
7 -10.5800 2.1000 1.67 32.18
8 -15.4530 0.9000
9 -345.8800 5.0000 1.77 49.61
10 -18.9580 15.4587
11 Infinity 0.4000 1.52 64.21
12 Infinity 0.1250
IMA Infinity
下表2示出了实施例1的光学镜头的整组焦距值F、光学镜头的光学总长TTL(即，光学镜头的第一透镜物侧面中心至光学镜头的成像焦平面的距离)、第四透镜的物侧面的曲率半径R7、第四透镜的像侧面的曲率半径R8、第四透镜的中心厚度d7、第二透镜的材料折射率随温度变化的变化量dn/dt(2)以及光学镜头第五透镜材料的折射率Nd5的值。
表2
F TTL R7 R8 d7 dn/dt(2) Nd5
32.294 41.384 -10.580 -15.453 2.100 -1.070E-05 1.773
在本实施例中，光学镜头的整组焦距值F与光学镜头的光学总长TTL之间满足TTL/F＝1.281；第四透镜的物侧面的曲率半径R7、第四透镜的像侧面的曲率半径R8、第四透镜的中心厚度d7之间满足(R8+d7)/R7＝1.262。
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、第四透镜L4和第五透镜L5。
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为具有正光焦度的双凸透镜，其物侧面S3为凸面，像侧面S4为凸面。
第三透镜L3为具有负光焦度的双凹透镜，其物侧面S4为凹面，像侧面S5为凹面。
第四透镜L4为具有负光焦度的弯月透镜，其物侧面S7为凹面，像侧面S8为凸面。
第五透镜L5为具有正光焦度的双凸透镜，其物侧面S9为凸面，像侧面S10为凸面。
其中，第二透镜L2和第三透镜L3胶合组成胶合透镜。
可选地，该光学镜头还可包括具有物侧面S11和像侧面S12的滤光片L6。滤光片可用于校正色彩偏差。来自物体的光依序穿过各表面S1至S12并最终成像在成像面S13上。
在本实施例的光学镜头中，可在第三透镜L3与第四透镜L4之间设置光阑STO以提高成像质量。
下表3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4示出了实施例2的光学镜头的整组焦距值F、光学镜头的光学总长TTL(即，光学镜头的第一透镜物侧面中心至光学镜头的成像焦平面的距离)、第四透镜的物侧面的曲率半径R7、第四透镜的像侧面的曲率半径R8、第四透镜的中心厚度d7、第二透镜的材料折射率随温度变化的变化量dn/dt(2)以及光学镜头第五透镜材料的折射率Nd5的值。
表3
面号 曲率半径R 厚度T 折射率Nd 阿贝数Vd
1 36.3589 3.4311 1.52 64.21
2 81.5689 0.8201
3 10.7270 5.1500 1.62 63.41
4 -74.2664 0.8000 1.50 81.59
5 7.0172 2.2000
STO Infinity 3.6133
7 -10.8086 3.2562 1.67 32.18
8 -16.5850 0.8664
9 57.5643 4.9079 1.77 49.61
10 -28.3823 14.8320
11 Infinity 0.4000 1.52 64.21
12 Infinity 0.1527
IMA Infinity
表4
F TTL R7 R8 d7 dn/dt(2) Nd5
34.290 40.430 -10.809 -16.585 3.256 -1.070E-05 1.773
在本实施例中，光学镜头的整组焦距值F与光学镜头的光学总长TTL之间满足TTL/F＝1.179；第四透镜的物侧面的曲率半径R7、第四透镜的像侧面的曲率半径R8、第四透镜的中心厚度d7之间满足(R8+d7)/R7＝1.233。
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、第四透镜L4和第五透镜L5。
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为具有正光焦度的双凸透镜，其物侧面S3为凸面，像侧面S4为凸面。
第三透镜L3为具有负光焦度的双凹透镜，其物侧面S4为凹面，像侧面S5为凹面。
第四透镜L4为具有负光焦度的弯月透镜，其物侧面S7为凹面，像侧面S8为凸面。
第五透镜L5为具有正光焦度的双凸透镜，其物侧面S9为凸面，像侧面S10为凸面。
其中，第二透镜L2和第三透镜L3胶合组成胶合透镜。
可选地，该光学镜头还可包括具有物侧面S11和像侧面S12的滤光片L6。滤光片可用于校正色彩偏差。来自物体的光依序穿过各表面S1至S12并最终成像在成像面S13上。
在本实施例的光学镜头中，可在第三透镜L3与第四透镜L4之间设置光阑STO以提高成像质量。
下表5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6示出了实施例3的光学镜头的整组焦距值F、光学镜头的光学总长TTL(即，光学镜头的第一透镜物侧面中心至光学镜头的成像焦平面的距离)、第四透镜的物侧面的曲率半径R7、第四透镜的像侧面的曲率半径R8、第四透镜的中心厚度d7、第二透镜的材料折射率随温度变化的变化量dn/dt(2)以及光学镜头第五透镜材料的折射率Nd5的值。
表5
面号 曲率半径R 厚度T 折射率Nd 阿贝数Vd
1 24.1500 3.0001 1.80 46.57
2 103.0155 1.8770
3 9.5000 7.0000 1.50 81.59
4 -40.0000 0.8000 1.63 35.71
5 7.0458 2.0000
STO Infinity 4.0000
7 -10.8135 3.6706 1.52 64.21
8 -15.2210 0.2000
9 39.6297 10.8417 1.92 20.88
10 -72.2263 7.8536
11 Infinity 0.4000 1.52 64.21
12 Infinity 0.1250
IMA Infinity
表6
F TTL R7 R8 d7 dn/dt(2) Nd5
33.515 41.768 -10.813 -15.221 3.671 -2.020E-05 1.923
在本实施例中，光学镜头的整组焦距值F与光学镜头的光学总长TTL之间满足TTL/F＝1.246；第四透镜的物侧面的曲率半径R7、第四透镜的像侧面的曲率半径R8、第四透镜的中心厚度d7之间满足(R8+d7)/R7＝1.068。
概括地，实施例1至实施例3分别满足以下表7所示的关系。
表7
条件式\实施例 实施例1 实施例2 实施例3
TTL/F 1.281 1.179 1.246
(R8+d7)/R7 1.262 1.233 1.068
dn/dt(2) -1.070E-05 -1.070E-05 -2.020E-05
Nd5 1.773 1.773 1.923
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 (10)

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、第四透镜和第五透镜，
其特征在于，
第一透镜为具有正光焦度的弯月形透镜，且其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
第二透镜具有正光焦度，且其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第三透镜具有负光焦度，且其物侧面为凹面，像侧面为凹面；
第四透镜为具有负光焦度的弯月形透镜，且其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
第五透镜具有正光焦度；
第二透镜与第三透镜相互胶合。
2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，第五透镜为弯月形透镜，且其物侧面为凹面，像侧面为凸面。
3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面。
4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，光学镜头的光学总长TTL与光学镜头的整组焦距值F之间满足TTL/F≤1.5。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的光学镜头，其特征在于，第四透镜物侧面的曲率半径R7、第四透镜像侧面的曲率半径R8与第四透镜的中心厚度d7之间满足0.5≤(R8+d7)/R7≤2。
6.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、第四透镜和第五透镜，
其特征在于，
第一透镜为具有正光焦度的弯月形透镜，且其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
第二透镜具有正光焦度，且其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第三透镜具有负光焦度，且其物侧面为凹面，像侧面为凹面；
第四透镜为具有负光焦度的弯月形透镜，且其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
第五透镜具有正光焦度；
其中，光学镜头的光学总长TTL与光学镜头的整组焦距值F之间满足TTL/F≤1.5。
7.根据权利要求6所述的光学镜头，其特征在于，第五透镜为弯月形透镜，且其物侧面为凹面，像侧面为凸面。
8.根据权利要求6所述的光学镜头，其特征在于，第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的光学镜头，其特征在于，第二透镜与第三透镜相互胶合。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的光学镜头，其特征在于，第四透镜物侧面的曲率半径R7、第四透镜像侧面的曲率半径R8与第四透镜的中心厚度d7之间满足0.5≤(R8+d7)/R7≤2。
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