CN111158108A - 一种光学成像镜头 - Google Patents

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张军光
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Abstract

本发明涉及一种光学成像镜头，其从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十二透镜，该第一透镜至第十二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，该光学成像系统藉由上述透镜的物侧面或像侧面的排列，或条件式的设计，以解决现有ITS镜头的相关缺陷。

Description

一种光学成像镜头
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，具体是涉及一种光学成像镜头。
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，被广泛应用在智能手机、平板电脑、视频会议、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。
但目前应用于智能交通领域的ITS至少还存在有以下缺陷：
1.现有的ITS镜头25mm焦距段像面较小，普遍为1/1.7英寸至1.1英寸；
2.现有的ITS镜头对传递函数管控不好，分辨率低；
3.现有的ITS镜头的通光普遍比较小，低照环境下，进光亮较低，拍摄图面较暗；
4.现有的ITS镜头为满足高分辨率，镜片多且复杂，导致光学总长较长；
5.现有的ITS镜头应用于红外波段时，会出现明显的离焦。
发明内容
本发明旨在提供一种光学成像镜头，以至少解决上述问题的其一。
具体方案如下：
一种光学成像镜头，其从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十二透镜，该第一透镜至第十二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；其中，该第一透镜具有负屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为凹面；该第二透镜具有负屈光率，该第二透镜的物侧面为凹面，该第二透镜的像侧面为凹面；该第三透镜具有正屈光率，该第三透镜的物侧面为凸面，该第三透镜的像侧面为凸面；该第四透镜具有负屈光率，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为凹面；该第五透镜具有正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凹面或平面；该第六透镜具有负屈光率，该第六透镜的物侧面为凹面，该第六透镜的像侧面为凹面；该第七透镜具有正屈光率，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凸面；该第八透镜具有正屈光率，该第八透镜的物侧面为凸面，该第八透镜的像侧面为凸面；该第九透镜具有正屈光率，该第九透镜的物侧面为凸面，该第九透镜的像侧面为凸面；该第十透镜具有负屈光率，该第十透镜的物侧面为凹面，该第十透镜的像侧面为凹面；该第十一透镜具有负屈光率，该第十一透镜的物侧面为凸面，该第十一透镜的像侧面为凹面；该第十二透镜具有正屈光率，该第十二透镜的物侧面为凸面，该第十二透镜的像侧面为凹面；该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述十二片。
本发明提供的光学成像镜头与现有技术相比较至少具有以下优点的其一：
1.本发明提供的光学成像镜头的像面较大，可支撑到1.1＂的传感器；
2.本发明提供的光学成像镜头的全视场分辨率可达140线对以上，可支撑12M以上的像素；
3.本发明提供的光学成像镜头的通光大(F1.4)，可获得较多进光亮，画面较亮,低照效果好；
4.本发明提供的光学成像镜头在保障像质的情况下，光学总长小于95mm；
5.本发明提供的光学成像镜头在可见聚焦下切换到红外模式下，红外离焦量(IRShift)小于10μm，夜视清晰。
附图说明
图1示出了实施例一中的光学成像镜头的光路图。
图2a示出了实施例一中的光学成像镜头在可见光(435nm～656nm)下的离焦曲线图。
图2b示出了实施例一中的光学成像镜头在红外光(850nm)下的离焦曲线图。
图3示出了实施例一中的光学成像镜头在可见光(435nm～656nm)下的MTF曲线图。
图4示出了实施例二中的光学成像镜头的光路图。
图5a示出了实施例二中的光学成像镜头在可见光(435nm～656nm)下的离焦曲线图。
图5b示出了实施例二中的光学成像镜头在红外光(850nm)下的离焦曲线图。
图6示出了实施例二中的光学成像镜头在可见光(435nm～656nm)下的MTF曲线图。
图7示出了实施例三中的光学成像镜头的光路图。
图8a示出了实施例三中的光学成像镜头在可见光(435nm～656nm)下的离焦曲线图。
图8b示出了实施例三中的光学成像镜头在红外光(850nm)下的离焦曲线图。
图9示出了实施例三中的光学成像镜头在可见光(435nm～656nm)下的MTF曲线图。
图10示出了实施例四中的光学成像镜头的光路图。
图11a示出了实施例四中的光学成像镜头在可见光(435nm～656nm)下的离焦曲线图。
图11b示出了实施例四中的光学成像镜头在红外光(850nm)下的离焦曲线图。
图12示出了实施例四中的光学成像镜头在可见光(435nm～656nm)下的MTF曲线图。
图13示出了实施例一至实施例四中光学成像镜头的相关条件表达式的数值表格。
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。
在本说明书中所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指该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 datasheet)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，其从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十二透镜，该第一透镜至第十二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。
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述十二片，其中，
该第一透镜具有负屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为凹面；
该第二透镜具有负屈光率，该第二透镜的物侧面为凹面，该第二透镜的像侧面为凹面；
该第三透镜具有正屈光率，该第三透镜的物侧面为凸面，该第三透镜的像侧面为凸面；
该第四透镜具有负屈光率，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为凹面；
该第五透镜具有正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凹面或平面；
该第六透镜具有负屈光率，该第六透镜的物侧面为凹面，该第六透镜的像侧面为凹面；
该第七透镜具有正屈光率，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凸面；
该第八透镜具有正屈光率，该第八透镜的物侧面为凸面，该第八透镜的像侧面为凸面；
该第九透镜具有正屈光率，该第九透镜的物侧面为凸面，该第九透镜的像侧面为凸面；
该第十透镜具有负屈光率，该第十透镜的物侧面为凹面，该第十透镜的像侧面为凹面；
该第十一透镜具有负屈光率，该第十一透镜的物侧面为凸面，该第十一透镜的像侧面为凹面；
该第十二透镜具有正屈光率，该第十二透镜的物侧面为凸面，该第十二透镜的像侧面为凹面。
在一些实施例中，该光学成像镜头符合条件式：TTL≤95mm，BFL≥9mm，其中TTL为第一透镜物侧面到成像面在光轴上的距离，BFL为第十二透镜的像侧面到成像面在光轴上的距离，有利于提高成像质量。
在一些实施例中，该光学成像镜头符合条件式：0.55≤ALT/TTL≤0.7，其中ALT为该光学成像系统在光轴上的厚度总和，TTL为第一透镜物侧面到成像面在光轴上的距离，有利于提高成像质量。
在一些实施例中，该光学成像镜头符合条件式：2.0≤ALT/ALG≤3.5，其中，ALT为该光学成像系统在光轴上的厚度总和，ALG为该光学成像系统在光轴上的空气间隙总和，有利于提高成像质量。
在一些实施例中，该光学成像镜头符合条件式：vd7＝vd8，且vd7≥80，vd8≥80，其中vd7为第七透镜的色散系数，vd8为第八透镜的色散系数；该第七透镜和第八透镜采用低色散系数的透镜来矫正系统色差，实现可见光和红外光共焦，可实现日夜两用。
在一些实施例中，第二透镜和第三透镜胶合组成胶合镜片，第四透镜和第五透镜胶合组成胶合镜片，以减少轴、面偏敏感度。
在一些实施例中，第九透镜和第十透镜胶合组成胶合镜片，且符合下列条件式：vd9-vd10≥20，其中Vd9为第九透镜的色散系数，Vd10为第十透镜的色散系数。该胶合镜片采用高低色散材料结合，有利于消除系统色差，优化红外成像表现。
在一些实施例中，该光学成像镜头符合条件式：vd12-vd11≥20，其中Vd11为第十一透镜的色散系数，Vd12为第十二透镜的色散系数。第十一透镜和第十二透镜采用高低色散材料结合，有利于消除系统色差，优化红外成像表现。
实施例一
本具体实施例提供了一种光学成像镜头，参考图1，其从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括第一透镜至第十二透镜，该第一透镜至第十二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；其中，
该第一透镜1具有负屈光率，该第一透镜1的物侧面为凸面，该第一透镜1的像侧面为凹面；
该第二透镜2具有负屈光率，该第二透镜2的物侧面为凹面，该第二透镜2的像侧面为凹面；
该第三透镜3具有正屈光率，该第三透镜3的物侧面为凸面，该第三透镜3的像侧面为凸面；
该第四透镜4具有负屈光率，该第四透镜4的物侧面为凸面，该第四透镜4的像侧面为凹面；
该第五透镜5具有正屈光率，该第五透镜5的物侧面为凸面，该第五透镜5的像侧面为凹面；
该第六透镜6具有负屈光率，该第六透镜6的物侧面为凹面，该第六透镜6的像侧面为凹面；
该第七透镜7具有正屈光率，该第七透镜7的物侧面为凸面，该第七透镜7的像侧面为凸面；
该第八透镜8具有正屈光率，该第八透镜8的物侧面为凸面，该第八透镜8的像侧面为凸面；
该第九透镜9具有正屈光率，该第九透镜9的物侧面为凸面，该第九透镜9的像侧面为凸面；
该第十透镜10具有负屈光率，该第十透镜10的物侧面为凹面，该第十透镜10的像侧面为凹面；
该第十一透镜11具有负屈光率，该第十一透镜11的物侧面为凸面，该第十一透镜11的像侧面为凹面；
该第十二透镜12具有正屈光率，该第十二透镜12的物侧面为凸面，该第十二透镜12的像侧面为凹面。
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述十二片，且第一透镜至第十二透镜的物侧面和像侧面均为球面；其中，第二、第三透镜胶合组成胶合透镜，第四、第五透镜胶合组成胶合透镜，第九、第十透镜胶合组成胶合透镜，光阑13位于第六透镜和第七透镜之间。
本具体实施例的详细光学数据如表1所示。
表1.实施例一详细光学数据：
Figure BDA0002373361180000091
本具体实施例中镜头焦距为f＝25mm，光圈值为FNO＝1.4，成像面＝Φ17.6mm，镜头总长＝93mm。其它相关条件表达式的数值请参考图13。图13中，
T1至T12分别为第一至第十二透镜在光轴上的中心厚度；
G12为第一透镜的像侧面到第二透镜的物侧面在光轴上的空气间隙；
G23为第二透镜的像侧面到第三透镜的物侧面在光轴上的空气间隙；
G34为第三透镜的像侧面到第四透镜的物侧面在光轴上的空气间隙；
G45为第四透镜的像侧面到第五透镜的物侧面在光轴上的空气间隙；
G56为第五透镜的像侧面到第六透镜的物侧面在光轴上的空气间隙；
G67为第六透镜的像侧面到第七透镜的物侧面在光轴上的空气间隙；
G78为第七透镜的像侧面到第八透镜的物侧面在光轴上的空气间隙；
G89为第八透镜的像侧面到第九透镜的物侧面在光轴上的空气间隙；
G910为第九透镜的像侧面到第十透镜的物侧面在光轴上的空气间隙；
G1011为第十透镜的像侧面到第十一透镜的物侧面在光轴上的空气间隙；
G1112为第十一透镜的像侧面到第十二透镜的物侧面在光轴上的空气间隙；
Gstop为光阑前后空气间隙总和；
ALT为透镜在光轴上的厚度总和；
ALG为系统空气间隙之和；
TTL为第一透镜到该成像面在光轴上的距离。
本具体实施例的光路图请参阅图1。可见光(435nm～656nm)的离焦曲线图请参阅图2a，红外光(850nm)的离焦曲线图请参阅图2b，从图2a和图2b中可以得出该款镜头在可见光和红外光的离焦量小于10μm，具有共焦功能，可实现日夜两用。可见光(435nm～656nm)的MTF曲线图请参阅图3，从图中可以该款镜头在使用时满足空间频率达140lp/m，镜头成像面大小可满足1.1英寸和12M以上的画质的需求。
实施例二
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。
本具体实施例的详细光学数据如表2所示。
表2.实施例二的详细光学数据：
Figure BDA0002373361180000111
本具体实施例中镜头焦距为f＝24.5mm，光圈值为FNO＝1.45，成像面＝Φ17.6mm，镜头总长＝93.5mm。其它相关条件表达式的数值请参考图13。
本具体实施例的光路图请参阅图4。可见光(435nm～656nm)的离焦曲线图请参阅图5a，红外光(850nm)的离焦曲线图请参阅图5b，从图5a和图5b中可以得出该款镜头在可见光和红外光的离焦量小于10μm，具有共焦功能，可实现日夜两用。可见光(435nm～656nm)的MTF曲线图请参阅图6，从图中可以该款镜头在使用时满足空间频率达140lp/m，镜头成像面大小可满足1.1英寸和12M以上的画质的需求。
实施例三
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。
本具体实施例的详细光学数据如表3所示。
表3.实施例三的详细光学数据：
Figure BDA0002373361180000121
本具体实施例中镜头焦距为f＝24.8mm，光圈值为FNO＝1.4，成像面＝Φ17.8mm，镜头总长＝92.6mm。其它相关条件表达式的数值请参考图13。
本具体实施例的光路图请参阅图7。可见光(435nm～656nm)的离焦曲线图请参阅图8a，红外光(850nm)的离焦曲线图请参阅图8b，从图8a和图8b中可以得出该款镜头在可见光和红外光的离焦量小于10μm，具有共焦功能，可实现日夜两用。可见光(435nm～656nm)的MTF曲线图请参阅图9，从图中可以该款镜头在使用时满足空间频率达140lp/m，镜头成像面大小可满足1.1英寸和12M以上的画质的需求。
实施例四
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。
本具体实施例的详细光学数据如表4所示。
表3.实施例四的详细光学数据：
Figure BDA0002373361180000131
本具体实施例中镜头焦距为f＝24.5mm，光圈值为FNO＝1.4，成像面＝Φ17.6mm，镜头总长＝90.7mm。其它相关条件表达式的数值请参考图13。
本具体实施例的光路图请参阅图10。可见光(435nm～656nm)的离焦曲线图请参阅图11a，红外光(850nm)的离焦曲线图请参阅图11b，从图11a和图11b中可以得出该款镜头在可见光和红外光的离焦量小于10μm，具有共焦功能，可实现日夜两用。可见光(435nm～656nm)的MTF曲线图请参阅图12，从图中可以该款镜头在使用时满足空间频率达140lp/m，镜头成像面大小可满足1.1英寸和12M以上的画质的需求。
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，其从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十二透镜，该第一透镜至第十二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；其中，
该第一透镜具有负屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为凹面；
该第二透镜具有负屈光率，该第二透镜的物侧面为凹面，该第二透镜的像侧面为凹面；
该第三透镜具有正屈光率，该第三透镜的物侧面为凸面，该第三透镜的像侧面为凸面；
该第四透镜具有负屈光率，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为凹面；
该第五透镜具有正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凹面或平面；
该第六透镜具有负屈光率，该第六透镜的物侧面为凹面，该第六透镜的像侧面为凹面；
该第七透镜具有正屈光率，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凸面；
该第八透镜具有正屈光率，该第八透镜的物侧面为凸面，该第八透镜的像侧面为凸面；
该第九透镜具有正屈光率，该第九透镜的物侧面为凸面，该第九透镜的像侧面为凸面；
该第十透镜具有负屈光率，该第十透镜的物侧面为凹面，该第十透镜的像侧面为凹面；
该第十一透镜具有负屈光率，该第十一透镜的物侧面为凸面，该第十一透镜的像侧面为凹面；
该第十二透镜具有正屈光率，该第十二透镜的物侧面为凸面，该第十二透镜的像侧面为凹面；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述十二片。
2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，符合条件式：TTL≤95mm，BFL≥9mm，其中TTL为第一透镜物侧面到成像面在光轴上的距离，BFL为第十二透镜的像侧面到成像面在光轴上的距离。
3.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，符合条件式：0.55≤ALT/TTL≤0.7，其中ALT为该光学成像系统在光轴上的厚度总和，TTL为第一透镜物侧面到成像面在光轴上的距离。
4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，符合条件式：2.0≤ALT/ALG≤3.5，其中，ALT为该光学成像系统在光轴上的厚度总和，ALG为该光学成像系统在光轴上的空气间隙总和。
5.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，符合条件式：vd7≥80，vd8≥80，其中vd7为第七透镜的色散系数，vd8为第八透镜的色散系数。
6.根据权利要求5所述的光学成像镜头，其特征在于，符合条件式：vd7＝vd8。
7.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：所述第二透镜和第三透镜胶合组成胶合镜片，所述第四透镜和第五透镜胶合组成胶合镜片。
8.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：所述第九透镜和第十透镜胶合组成胶合镜片，且符合下列条件式：vd9-vd10≥20，其中Vd9为第九透镜的色散系数，Vd10为第十透镜的色散系数。
9.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，符合条件式：vd12-vd11≥20，其中Vd11为第十一透镜的色散系数，Vd12为第十二透镜的色散系数。
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