CN111239966A - 一种光学成像镜头 - Google Patents

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，包括十一片透镜，第一透镜为具正屈光率的凸平透镜，第二透镜和第七透镜为具负屈光率的凸凹透镜，第三透镜为具负屈光率的凹凹透镜，第四、第五、第六和第十一透镜为具正屈光率的凸凸透镜，第七透镜为具负屈光率的凸凹透镜，第八透镜为具正屈光率的凸凹透镜，第九透镜为具正屈光率的平凸透镜，第十透镜为具负屈光率的凹凸透镜；第三透镜与第四透镜相互胶合，第七透镜与第八透镜相互胶合，第九透镜与第十透镜相互胶合。本发明具有分辨率高，色差小，畸变小，成像质量好；通光大，相对照度高；像面大；容差较好，生产良率高的优点。

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和社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控、机器视觉等各个领域，因此，对于光学成像镜头的要求也越来越高。

在机器视觉系统中，光学成像镜头的性能好坏很关键，会影响整个系统的可行性和可靠性。但目前应用于机器视觉系统的16mm焦距段、1″像面且大通光的光学成像镜头，其由于总长限制，镜头容差较差，生产良率低；畸变比较大，容易像与物产生形变，识别不准确；传递函数差，分辨率低，成像质量差；边缘色差大，色彩还原度差，已无法满足机器视觉系统日益提高的要求，急需进行改进。

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至第十一透镜；该第一透镜至第十一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；

该第一透镜具正屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为平面；

第二透镜具负屈光率，该第二透镜的物侧面为凸面，该第二透镜的像侧面为凹面；

第三透镜具负屈光率，该第三透镜的物侧面为凹面，该第三透镜的像侧面为凹面；

第四透镜具正屈光率，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为凸面；

第五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凸面；

第六透镜具正屈光率，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凸面；

第七透镜具负屈光率，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凹面；

第八透镜具正屈光率，该第八透镜的物侧面为凸面，该第八透镜的像侧面为凹面；

第九透镜具正屈光率，该第九透镜的物侧面为平面，该第九透镜的像侧面为凸面；

第十透镜具负屈光率，该第十透镜的物侧面为凹面，该第十透镜的像侧面为凸面；

该第十一透镜具正屈光率，该第十一透镜的物侧面为凸面，该第十一透镜的像侧面为凸面；

该第三透镜的像侧面与第四透镜的物侧面相互胶合；该第七透镜的像侧面与第八透镜的物侧面相互胶合；该第九透镜的像侧面与第十透镜的物侧面相互胶合；该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述十一片。

进一步的，该光学成像镜头更满足：0.7<|R71/R102|<1.0，0.9<|R81/R92|<1.1，其中，R71为该第七透镜的物侧面的曲率半径，R81为该第八透镜的物侧面的曲率半径，R92为该第九透镜的像侧面的曲率半径，R102为该第十透镜的像侧面的曲率半径。

进一步的，该光学成像镜头更满足：0.7<|R22/R31|<1.0，其中，R22为该第二透镜的像侧面的曲率半径，R31为该第三透镜的物侧面的曲率半径。

进一步的，该光学成像镜头更满足：nd5≥1.9，vd5<21，nd11≥1.9，vd11<21，其中，nd5和vd5为该第五透镜的折射率和色散系数，nd11和vd11为该第十一透镜的折射率和色散系数，且该第五透镜和第十一透镜的相对部分色散均大于0.63。

进一步的，该光学成像镜头更满足：vd7≤25，vd8≥55，且|vd7-vd8|>30，其中，vd7和vd8分别为该第七透镜和第八透镜的色散系数。

进一步的，该光学成像镜头更满足：vd9≥65，vd10≤25，且|vd9-vd10|>40，其中，vd9和vd10分别为该第九透镜和第十透镜的色散系数。

进一步的，还包括光阑，该光阑设置在第四透镜和第五透镜之间。

更进一步的，该光学成像镜头更满足：-20mm>fq>-30mm，其中，fq为第一透镜至第四透镜构成的透镜组的焦距。

进一步的，该光学成像镜头更满足：17mm<fh<20mm，其中，fh为第五透镜至第十一透镜构成的透镜组的焦距。

本发明的有益技术效果：

本发明采用十一片透镜，并通过对各个透镜的屈光率以及面型的排列设计，具有大通光；大像面；间隔、轴偏面偏敏感度低，生产良率高；畸变小，图像变形小，对图像的还原比较准确；传递函数好，分辨率高，成像质量优良；视场色差小，色彩还原性好的优点。

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0.436-0.650μm的MTF图；

图3为本发明实施例一的场曲和畸变示意图；

图4为本发明实施例一的垂轴像差曲线图示意图；

图5为本发明实施例一的横向色差曲线图示意图；

图6为本发明实施例二的0.436-0.650μm的MTF图；

图7为本发明实施例二的场曲和畸变示意图；

图8为本发明实施例二的垂轴像差曲线图示意图；

图9为本发明实施例二的横向色差曲线图示意图；

图10为本发明实施例三的0.436-0.650μm的MTF图；

图11为本发明实施例三的场曲和畸变示意图；

图12为本发明实施例三的垂轴像差曲线图示意图；

图13为本发明实施例三的横向色差曲线图示意图；

图14为本发明实施例四的0.436-0.650μm的MTF图；

图15为本发明实施例四的场曲和畸变示意图；

图16为本发明实施例四的垂轴像差曲线图示意图；

图17为本发明实施例四的横向色差曲线图示意图；

图18为本发明实施例五的0.436-0.650μm的MTF图；

图19为本发明实施例五的场曲和畸变示意图；

图20为本发明实施例五的垂轴像差曲线图示意图；

图21为本发明实施例五的横向色差曲线图示意图；

图22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。

这里所说的「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。

本发明提供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十一透镜；该第一透镜至第十一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。

该第一透镜具正屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为平面。

第二透镜具负屈光率，该第二透镜的物侧面为凸面，该第二透镜的像侧面为凹面，对矫正畸变取到较大作用。

第三透镜具负屈光率，该第三透镜的物侧面为凹面，该第三透镜的像侧面为凹面。

第四透镜具正屈光率，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为凸面，该第三透镜的像侧面与第四透镜的物侧面相互胶合，此处使用胶合透镜，可分担因相邻单透镜之间间隔公差及轴面偏公差造成系统性能下降问题。

第五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凸面。

第六透镜具正屈光率，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凸面。

第七透镜具负屈光率，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凹面。

第八透镜具正屈光率，该第八透镜的物侧面为凸面，该第八透镜的像侧面为凹面，该第七透镜的像侧面与第八透镜的物侧面相互胶合。

第九透镜具正屈光率，该第九透镜的物侧面为平面，该第九透镜的像侧面为凸面，第九透镜的物侧面采用平面，第八透镜可直接承靠在第九透镜片，间隔可管控在0.01mm，提供结构设计很好的公差支持，够大幅度减小因间隔造成场曲问题，提升产品良率。

第十透镜具负屈光率，该第十透镜的物侧面为凹面，该第十透镜的像侧面为凸面，该第九透镜的像侧面与第十透镜的物侧面相互胶合。

该第十一透镜具正屈光率，该第十一透镜的物侧面为凸面，该第十一透镜的像侧面为凸面，该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述十一片。

本发明采用十一片透镜，并通过对各个透镜的屈光率以及面型的排列设计，具有大通光；大像面；间隔、轴偏面偏敏感度低，生产良率高；畸变小，图像变形小，对图像的还原比较准确；传递函数好，分辨率高，成像质量优良；视场色差小，色彩还原性好的优点。

优选的，该光学成像镜头更满足：0.7<|R71/R102|<1.0，0.9<|R81/R92|<1.1，其中，R71为该第七透镜的物侧面的曲率半径，R81为该第八透镜的物侧面的曲率半径，R92为该第九透镜的像侧面的曲率半径，R102为该第十透镜的像侧面的曲率半径，进一步提升该光学成像镜头的MTF值、色差等整体光学性能。

优选的，该光学成像镜头更满足：0.7<|R22/R31|<1.0，其中，R22为该第二透镜的像侧面的曲率半径，R31为该第三透镜的物侧面的曲率半径，进一步提升该光学成像镜头的整体光学性能。

优选的，该光学成像镜头更满足：nd5≥1.9，vd5<21，nd11≥1.9，vd11<21，其中，nd5和vd5为该第五透镜的折射率和色散系数，nd11和vd11为该第十一透镜的折射率和色散系数，且该第五透镜和第十一透镜的相对部分色散均大于0.63，进一步消除色差。

优选的，该光学成像镜头更满足：vd7≤25，vd8≥55，且|vd7-vd8|>30，其中，vd7和vd8分别为该第七透镜和第八透镜的色散系数，进一步校正色差，优化像质，提升系统性能。

优选的，该光学成像镜头更满足：vd9≥65，vd10≤25，且|vd9-vd10|>40，其中，vd9和vd10分别为该第九透镜和第十透镜的色散系数，进一步校正色差，优化像质，提升系统性能。

优选的，还包括光阑，该光阑设置在第四透镜和第五透镜之间，进一步提高系统容差性。光阑前后两个面出射光线及入射光线的比较平缓，能在一定程度上降低前后组间的轴面偏敏感度；光阑后第五透镜使用高折射率材料，在矫正相同球差情况，高折射率比低折射率材料具有较小的光线入射角，降低此透镜的敏感度；光阑后组采用三片单透镜加两组胶合透镜的结构，通过双凸透镜将光线重新汇聚，再进一步经过两组胶合透镜组合优化色差。

更优选的，该光学成像镜头更满足：-20mm>fq>-30mm，其中，fq为第一透镜至第四透镜构成的透镜组的焦距，配合大的通光孔径，将光线扩散开。

优选的，该光学成像镜头更满足：17mm<fh<20mm，其中，fh为第五透镜至第十一透镜构成的透镜组的焦距，配合大的通光孔径，将光线收拢，降低敏感度。

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、第四透镜4、光阑120、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜100、第十一透镜110、保护玻璃130和成像面140；该第一透镜1至第十一透镜110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具正屈光率，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为平面。

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。

该第三透镜3具负屈光率，该第三透镜3的物侧面31为凹面，该第三透镜3的像侧面32为凹面。

该第四透镜4具正屈光率，该第四透镜4的物侧面41为凸面，该第四透镜4的像侧面42为凸面，该第三透镜3的像侧面32与第四透镜4的物侧面41相互胶合。

该第五透镜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。

该第六透镜6具正屈光率，该第六透镜6的物侧面61为凸面，该第六透镜6的像侧面62为凸面。

该第七透镜7具负屈光率，该第七透镜7的物侧面71为凸面，该第七透镜7的像侧面72为凹面。

该第八透镜8具正屈光率，该第八透镜8的物侧面81为凸面，该第八透镜8的像侧面82为凹面，该第七透镜7的像侧面71与第八透镜8的物侧面81相互胶合。

该第九透镜9具正屈光率，该第九透镜9的物侧面91为平面，该第九透镜9的像侧面92为凸面。

该第十透镜100具负屈光率，该第十透镜100的物侧面101为凹面，该第十透镜100的像侧面102为凸面，该第九透镜9的像侧面92与第十透镜100的物侧面101相互胶合。

该第十一透镜110具正屈光率，该第十一透镜110的物侧面111为凸面，该第十一透镜110的像侧面112为凸面。

本具体实施例中，第五透镜5和第十一透镜110的相对部分色散均大于0.63。

当然，在其它实施例中，光阑120也可以设置在其它透镜之间。

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

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图22。

本具体实施例的解像力请参阅图2，从图上可以看出对传函管控好，分辨率高，在200lp/mm时，中心视场传递函数仍大于30％，成像质量优良；场曲及畸变图详见图3的(A)和(B)，可以看出畸变小，小于-1.4％，图像变形小，对图像的还原比较准确；垂轴像差图详见图4，横向色差图详见图5，可以看出视场色差小，色彩还原性好。

本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝16.4mm，光圈值FNO＝1.6，视场角FOV＝52°，像面直径Φ＝16mm，fq＝-29.5mm，fh＝18.3mm。

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2-1所示。

表2-1实施例二的详细光学数据

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图22。

本具体实施例的解像力请参阅图6，从图上可以看出对传函管控好，分辨率高，在200lp/mm时，中心视场传递函数仍大于30％，成像质量优良；场曲及畸变图详见图7的(A)和(B)，可以看出畸变小，小于-1.4％，图像变形小，对图像的还原比较准确；垂轴像差图详见图8，横向色差图详见图9，可以看出视场色差小，色彩还原性好。

本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝16.4mm，光圈值FNO＝1.6，视场角FOV＝52°，像面直径Φ＝16mm，fq＝-29.7mm，fh＝18.3mm。

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3-1所示。

表3-1实施例三的详细光学数据

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图22。

本具体实施例的解像力请参阅图10，从图上可以看出对传函管控好，分辨率高，在200lp/mm时，中心视场传递函数仍大于30％，成像质量优良；场曲及畸变图详见图11的(A)和(B)，可以看出畸变小，小于-1.4％，图像变形小，对图像的还原比较准确；垂轴像差图详见图12，横向色差图详见图13，可以看出视场色差小，色彩还原性好。

本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝16.4mm，光圈值FNO＝1.6，视场角FOV＝52°，像面直径Φ＝16mm，fq＝-29.7mm，fh＝18.3mm。

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4-1所示。

表4-1实施例四的详细光学数据

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图22。

本具体实施例的解像力请参阅图14，从图上可以看出对传函管控好，分辨率高，在200lp/mm时，中心视场传递函数仍大于30％，成像质量优良；场曲及畸变图详见图15的(A)和(B)，可以看出畸变小，小于-1.4％，图像变形小，对图像的还原比较准确；垂轴像差图详见图16，横向色差图详见图17，可以看出视场色差小，色彩还原性好。

本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝16.4mm，光圈值FNO＝1.6，视场角FOV＝52°，像面直径Φ＝16mm，fq＝-30mm，fh＝18.4mm。

实施例五

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5-1所示。

表5-1实施例五的详细光学数据

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考图22。

本具体实施例的解像力请参阅图18，从图上可以看出对传函管控好，分辨率高，在200lp/mm时，中心视场传递函数仍大于30％，成像质量优良；场曲及畸变图详见图19的(A)和(B)，可以看出畸变小，小于-1.4％，图像变形小，对图像的还原比较准确；垂轴像差图详见图20，横向色差图详见图21，可以看出视场色差小，色彩还原性好。

本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝16.4mm，光圈值FNO＝1.6，视场角FOV＝52°，像面直径Φ＝16mm，fq＝-31.4mm，fh＝18.8mm。

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至第十一透镜；该第一透镜至第十一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；

该第一透镜具正屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为平面；

第二透镜具负屈光率，该第二透镜的物侧面为凸面，该第二透镜的像侧面为凹面；

第三透镜具负屈光率，该第三透镜的物侧面为凹面，该第三透镜的像侧面为凹面；

第四透镜具正屈光率，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为凸面；

第五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凸面；

第六透镜具正屈光率，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凸面；

第七透镜具负屈光率，该第七透镜的物侧面为凸面，该第七透镜的像侧面为凹面；

第八透镜具正屈光率，该第八透镜的物侧面为凸面，该第八透镜的像侧面为凹面；

第九透镜具正屈光率，该第九透镜的物侧面为平面，该第九透镜的像侧面为凸面；

第十透镜具负屈光率，该第十透镜的物侧面为凹面，该第十透镜的像侧面为凸面；

该第十一透镜具正屈光率，该第十一透镜的物侧面为凸面，该第十一透镜的像侧面为凸面；

该第三透镜的像侧面与第四透镜的物侧面相互胶合；该第七透镜的像侧面与第八透镜的物侧面相互胶合；该第九透镜的像侧面与第十透镜的物侧面相互胶合；该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述十一片。

2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：0.7<|R71/R102|<1.0，0.9<|R81/R92|<1.1，其中，R71为该第七透镜的物侧面的曲率半径，R81为该第八透镜的物侧面的曲率半径，R92为该第九透镜的像侧面的曲率半径，R102为该第十透镜的像侧面的曲率半径。

3.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：0.7<|R22/R31|<1.0，其中，R22为该第二透镜的像侧面的曲率半径，R31为该第三透镜的物侧面的曲率半径。

4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：nd5≥1.9，vd5<21，nd11≥1.9，vd11<21，其中，nd5和vd5为该第五透镜的折射率和色散系数，nd11和vd11为该第十一透镜的折射率和色散系数，且该第五透镜和第十一透镜的相对部分色散均大于0.63。

5.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：vd7≤25，vd8≥55，且|vd7-vd8|>30，其中，vd7和vd8分别为该第七透镜和第八透镜的色散系数。

6.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：vd9≥65，vd10≤25，且|vd9-vd10|>40，其中，vd9和vd10分别为该第九透镜和第十透镜的色散系数。

7.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，该光阑设置在第四透镜和第五透镜之间。

8.根据权利要求7所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：-20mm>fq>-30mm，其中，fq为第一透镜至第四透镜构成的透镜组的焦距。

9.根据权利要求7所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：17mm<fh<20mm，其中，fh为第五透镜至第十一透镜构成的透镜组的焦距。

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