CN111273424A - 一种摄像光学镜头 - Google Patents

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曹来书
李雪慧
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Abstract

本发明公开了一种摄像光学镜头，由物侧至像侧依序为第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜；该第一透镜为凸凹玻璃球面透镜，焦距为负；该第二透镜为塑料非球面，焦距为负；该第三透镜为双凸玻璃球面，焦距为正；该第四、五透镜为胶合镜片，第四透镜为凸凹负透镜，第五为双凸正透镜，胶合后焦距为正；该第六透镜为塑料非球面，焦距为正。本发明中的技术方案摄像光学镜头畸变达到大于18％，在相同单位视场角中，边缘分布像素比中心多，凸显边缘物体，并且使用4G2P结构，在高低温中心不失焦情况，满足边缘不会产生场曲问题。

Description

一种摄像光学镜头
技术领域
本发明属于镜头技术领域，具体地涉及一种摄像光学镜头。
背景技术
鱼眼镜头是一种焦距为16mm或更短的并且视角接近或等于180°的镜头。它是一种极端的广角镜头，“鱼眼镜头”是它的俗称。为使镜头达到最大的摄影视角，这种摄影镜头的前镜片直径很短且呈抛物状向镜头前部凸出，与鱼的眼睛颇为相似，“鱼眼镜头”因此而得名。
鱼眼镜头属于超广角镜头中的一种特殊镜头，它的视角力求达到或超出人眼所能看到的范围。因此，鱼眼镜头与人们眼中的真实世界的景象存在很大的差别，因为我们在实际生活中看见的景物是有规则的固定形态，而通过鱼眼镜头产生的画面效果则超出了这一范畴。
一般摄像光学镜头，f-theta畸变为负值，边缘因畸变为负，在相同单位视场角，边缘分布的像素较少。目前正畸变摄像光学镜头在强光环境下杂光鬼像较明显；而且正畸变摄像光学镜头使用较多塑料非球面，塑料非球面较多，高低温出现边缘场曲问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摄像光学镜头。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种摄像光学镜头，由物侧至像侧依序为第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜；
该第一透镜为凸凹玻璃球面透镜，焦距为负；
该第二透镜为塑料非球面，焦距为负；
该第三透镜为双凸玻璃球面，焦距为正；
该第四、五透镜为胶合镜片，第四透镜为凸凹负透镜，第五为双凸正透镜，胶合后焦距为正；
该第六透镜为塑料非球面，焦距为正。
优选地，该摄像光学镜头还满足：2＜|f2/f|＜3，且3＜|f3/f|＜4，其中f为系统焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距。
优选地，该摄像光学镜头还满足：4.5＜|f45/f|＜6，且5＜|f6/f|＜6，其中f为系统焦距，f45为第四透镜和第五透镜焦合后的焦距，f6为第六透镜的焦距。
优选地，该摄像光学镜头还满足：0.37＜|f2/f6|＜0.55。
优选地，该光学系统镜片之间靠使用铝隔圈，匹配金属镜框，并且各个镜头使用金属铝支撑座。
优选地，该镜头高温使得后焦变化，记为ΔBFL1，金属铝支撑座因高温使后焦变化记为ΔBFL2，ΔBFL1-ΔBFL2接近0。
本发明的有益技术效果：
本发明采用六片透镜，通过对各个透镜进行相应设计，正f-theta畸变达到大于18％，在相同单位视场角，边缘分布像素比中心多，凸显边缘物体；该款正f-theta畸变摄像光学镜头杂光鬼像很弱，提高整体画面对比度；该款正f-theta畸变摄像光学镜头使用4G2P(即，4片玻璃材质透镜，2片塑料材质透镜)结构，在高低温中心不失焦情况，满足边缘不会产生场曲问题。
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为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例一的离焦曲线图；
图3为本发明实施例一的畸变曲线图；
图4为本发明实施例一的垂轴像差图；
图5为本发明实施例一的横向色差图；
图6为本发明实施例二的离焦曲线图；
图7为本发明实施例二的畸变曲线图；
图8为本发明实施例二的垂轴像差图；
图9为本发明实施例二的横向色差图；
图10为本发明实施例三的离焦曲线图；
图11为本发明实施例三的畸变曲线图；
图12为本发明实施例三的垂轴像差图；
图13为本发明实施例三的横向色差图；
图14为本发明实施例四的离焦曲线图；
图15为本发明实施例四的畸变曲线图；
图16为本发明实施例四的垂轴像差图；
图17为本发明实施例四的横向色差图；
图18为本发明实施例五的离焦曲线图；
图19为本发明实施例五的畸变曲线图；
图20为本发明实施例五的垂轴像差图；
图21为本发明实施例五的横向色差图。
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。
本发明提供了一种摄像光学镜头，由物侧至像侧依序为第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜；
该第一透镜为凸凹玻璃球面透镜，焦距为负；
该第二透镜为塑料非球面，焦距为负；
该第三透镜为双凸玻璃球面，焦距为正；
该第四、五透镜为胶合镜片，第四透镜为凸凹负透镜，第五为双凸正透镜，胶合后焦距为正；
该第六透镜为塑料非球面，焦距为正。
优选地，第一透镜为凸凹玻璃球面透镜，焦距为负，记f1，为满足正f-theta畸变要求，使用高折射率材料nd>1.8。同时满足，9.5mm<R1<11mm.2.75mm<R2<2.95mm， R1为第一透镜的第一面曲率半径。R2为第二透镜第二曲率半径。
更优选地，第二透镜为塑料非球面，焦距为负记f2。近一步满足正f-theta畸变要求，同时要求边缘图像效果较好，第二透镜采用塑料非球面，塑料非球可矫正边缘光线分布，达到正f-theta畸变效果，提升边缘MTF像质。1.51<nd2<1.57.nd2为第二透镜折射率。
第三透镜为双凸玻璃球面，焦距为正，记f3。
第四、五透镜为胶合镜片，第四透镜为凸凹负透镜，第五为双凸正透镜，胶合后焦距为正，记f45。
第六透镜为塑料非球面，焦距为正，记f6。离像方位置使用塑料非球面，可进一步矫正像差，提升像质效果。
该结构使用六片透镜构成的成像系统，光阑放置在第三和第四之间；该系统焦距记f，第二透镜，第三透镜，第四五透镜，第六透镜与整个镜头焦距比值满足如下：2 <|f2/f|<3，3<|f3/f|<4，4.5<|f45/f|<6，5<|f6/f|<6。
该玻塑混合系统设计考虑无热化设计，镜头匹配支撑座组装在模组上，考虑整个系统无热化，即在-40℃～105℃环境下使用也不会跑焦，在这个温度范围内成像清晰。由于塑料非球面折射率因温度变化比玻璃折射率因温度变化大，为满足无热化条件，第三透镜与第六透镜，焦距满足如下条件：0.37<|f2/f6|<0.55。
该光学系统镜片之间承靠使用铝隔圈，匹配金属镜框，该镜头高温使后焦变化记ΔBFL1，该镜头使用金属铝支撑座，支撑座因高温使后焦变化记ΔBFL2.，ΔBFL1- ΔBFL2接近0。即镜头高温使后焦变化与支撑座高温使后焦变化相互补偿，从而使成像位置保持不变，达到高温不失焦的目的。同理低温条件也可满足ΔBFL1-ΔBFL2 接近0。采用此光学系统结构可避免，因高低温使边缘出现场曲问题。
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。
为进一步方便描述本发明，首先定义该成像透镜系统中，各个重要参数间的关系为：
T1为该第一透镜在光轴的中心厚度；T2为该第二透镜在光轴的中心厚度；T3为该第三透镜在光轴的中心厚度；T45为该第四、五透镜在光轴的中心厚度之和；T6 为该第六透镜在光轴的中心厚度；G12为该第一透镜到该第二透镜在光轴上的空气间隙；G23为该第二透镜到该第三透镜在光轴上的空气间隙；G67为该第六透镜到该第七透镜在光轴上的空气间隙；Gstop为该光阑前后空气间隙；ALT为该组透镜在光轴上的厚度总和；ALG为该系统空气间隙总和；TTL为该第一透镜到该成像面在光轴上的距离。
该组镜片第二透镜，第六透镜为玻璃非球面。
上述之非球面曲线的方程式表示如下：
Figure RE-GDA0002459362150000051
其中：z：非球面之深度(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：非球面顶点之曲率(the vertex curvature)；K：锥面系数(Conic Constant)；
Figure RE-GDA0002459362150000052
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；Qm con：第m阶 Qcon多项式(the mth Qcon polynomial)。
实施一
如图1所示，一种摄像光学镜头，由物侧至像侧依序为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑4、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7；
该第一透镜1为凸凹玻璃球面透镜，焦距为负，记为f1；
该第二透镜2为塑料非球面，焦距为负，记为f2；
该第三透镜3为双凸玻璃球面，焦距为正，记为f3；
该第四、五透镜5/6为胶合镜片，第四透镜5为凸凹负透镜，第五透镜6为双凸正透镜，胶合后焦距为正，记为f45；
该第六透镜7为塑料非球面，焦距为正，记为f6。
在实施例一的镜头透镜组中，镜头焦距为f＝0.953mm，光圈值为FNO＝2，像面＝Φ3.96mm，视场角FOV＝200°。
本实施例的详细光学数据如表1-1所示。
Figure RE-GDA0002459362150000053
Figure RE-GDA0002459362150000061
表1-2为实施例一中非球面系数数据。
表面 3 4 11 12
K＝ -6.3877E+01 1.9368E-01 -8.3059E+01 -5.0976E-01
a4＝ 4.3309E-02 1.4845E-01 -1.8343E-02 1.9553E-03
a6＝ -1.6973E-02 -8.1577E-02 1.0656E-02 -1.1624E-02
a8＝ 3.9327E-03 3.1331E-02 -6.5558E-03 1.1590E-02
a10＝ -5.5210E-04 -7.3777E-03 5.1413E-03 -4.8741E-03
a12＝ 3.6674E-05 -1.6359E-03 -1.9077E-03 1.2114E-03
a14＝ 9.8335E-08 1.2348E-03 4.9683E-04 -9.1277E-05
a15＝ -1.0062E-07 -2.0537E-04 -5.8884E-05 1.3765E-05
表1-3为实施例一中各焦距比值。
f2/f f3/f f45/f f6/f f2/f6
-2.39 3.73 5.29 5.20 -0.46
本实施例的具体解释参考图2-5，其中图2为实施例一中的离焦曲线图，横轴是焦移，峰值是在焦点距离上，随着焦移变化，成像质量有减小，但是成像质量依然很高；图3为实施例一的畸变曲线图，从图中可以看出，畸变达到大于18％，在相同单位视场角，边缘分布像素比中心多，凸显边缘物体；图4为实施例一的垂轴像差图，图5则是本发明实施例一的横向色差图，可以看出视场色差小，色彩还原性好。
实施例二
在所有实施例中，光学结构图都是一致的，区别点在于参数选择。由于参数选择的差异，所产生的效果也有了明显不同。
在实施例二的镜头透镜组中，镜头焦距为f＝0.954mm，光圈值为FNO＝2，像面＝Φ3.93mm，FOV＝200°。
本实施例的详细光学数据如表2-1所示。
Figure RE-GDA0002459362150000071
表2-2为实施例二中非球面系数数据。
表面 3 4 11 12
K＝ -4.9103E+01 3.5517E-01 3.2585E+01 -2.0450E+00
A4＝ 3.7600E-02 1.5356E-01 -1.9123E-02 8.3349E-03
A6＝ -1.6498E-02 -9.4714E-02 1.6216E-02 -1.4918E-02
A8＝ 3.9629E-03 3.1401E-02 -7.9413E-03 1.8652E-02
A10＝ -5.4769E-04 -6.3700E-03 5.6802E-03 -7.4441E-03
A12＝ 3.4900E-05 -1.2754E-03 -2.2360E-03 1.1721E-03
A14＝ 1.9996E-07 1.2294E-03 6.7147E-04 1.7064E-04
A15＝ -1.0051E-07 -3.1836E-04 -9.4572E-05 -1.0625E-05
表2-3为实施例二中各焦距比值。
f2/f f3/f f45/f f6/f f2/f6
-2.25 3.84 4.89 5.34 -0.42
本实施例的具体解释参考图6-9，其中图6为实施例二中的离焦曲线图，横轴是焦移，峰值是在焦点距离上，随着焦移变化，成像质量有减小，但是成像质量依然很高；图7为实施例二的畸变曲线图，从图中可以看出，畸变达到大于18％，在相同单位视场角，边缘分布像素比中心多，凸显边缘物体；图8为实施例二的垂轴像差图，而图9则是本发明实施例二的横向色差图，可以看出视场色差小，色彩还原性好。
实施例三
类似地，在所有实施例中，光学结构图都是一致的，区别点在于参数选择。由于参数选择的差异，所产生的效果也有了明显不同。
在实施例三的镜头透镜组中，镜头焦距为f＝0.957mm，光圈值为FNO＝2，像面＝Φ3.85mm，FOV＝200°。
本实施例的详细光学数据如表3-1所示。
Figure RE-GDA0002459362150000081
表3-2为实施例三中非球面系数数据。
Figure RE-GDA0002459362150000082
Figure RE-GDA0002459362150000091
表3-3为实施例三中各焦距比值。
f2/f f3/f f45/f f6/f f2/f6
-2.33 3.65 4.97 5.64 -0.41
本实施例的具体解释参考图10-13，其中图10为实施例三中的离焦曲线图，横轴是焦移，峰值是在焦点距离上，随着焦移变化，成像质量有减小，但是成像质量依然很高；图11为实施例三的畸变曲线图，从图中可以看出，畸变达到大于18％，在相同单位视场角，边缘分布像素比中心多，凸显边缘物体；图12为实施例三的垂轴像差图，而图13则是本发明实施例三的横向色差图，可以看出视场色差小，色彩还原性好。
实施例四
类似地，在所有实施例中，光学结构图都是一致的，区别点在于参数选择。由于参数选择的差异，所产生的效果也有了明显不同。
在实施例四的镜头透镜组中，镜头焦距为f＝0.96mm，光圈值为FNO＝2，像面＝Φ3.94mm，FOV＝200°。
本实施例的详细光学数据如表4-1所示。
Figure RE-GDA0002459362150000092
Figure RE-GDA0002459362150000101
表4-2为实施例四中非球面系数数据。
表面 3 4 11 12
K＝ -6.15708E+01 2.06557E-01 2.01937E+01 -2.05216E+00
A4＝ 3.90287E-02 1.42058E-01 -1.32161E-02 7.83262E-03
A6＝ -1.60793E-02 -8.48887E-02 9.29241E-03 -1.18663E-02
A8＝ 3.76322E-03 3.05543E-02 -4.73576E-03 1.30564E-02
A10＝ -5.24544E-04 -6.74761E-03 4.60939E-03 -5.07204E-03
A12＝ 3.53113E-05 -1.31968E-03 -2.21522E-03 8.30515E-04
A14＝ -6.25715E-08 1.13963E-03 7.43315E-04 1.25834E-04
A15＝ -8.67949E-08 -2.29791E-04 -1.04971E-04 -1.27461E-05
表4-3为实施例四中各焦距比值。
f2/f f3/f f45/f f6/f f2/f6
-2.32 3.65 4.93 5.67 -0.41
本实施例的具体解释参考图14-17，其中图14为实施例四中的离焦曲线图，横轴是焦移，峰值是在焦点距离上，随着焦移变化，成像质量有减小，但是成像质量依然很高；图15为实施例四的畸变曲线图，从图中可以看出，畸变达到大于18％，在相同单位视场角，边缘分布像素比中心多，凸显边缘物体；图16为实施例四的垂轴像差图，而图17则是本发明实施例一的横向色差图，可以看出视场色差小，色彩还原性好。
实施例五
类似地，在所有实施例中，光学结构图都是一致的，区别点在于参数选择。由于参数选择的差异，所产生的效果也有了明显不同。
在实施例四的镜头透镜组中，镜头焦距为f＝0.97mm，光圈值为FNO＝2，像面＝Φ4.03mm，FOV＝200°。
本实施例的详细光学数据如表5-1所示。
Figure RE-GDA0002459362150000102
Figure RE-GDA0002459362150000111
表5-2为实施例五中非球面系数数据。
表面 3 4 11 12
K＝ -6.38767E+01 1.93675E-01 -8.30592E+01 -5.09758E-01
A4＝ 4.10607E-02 1.40741E-01 -1.73906E-02 1.85377E-03
A6＝ -1.55298E-02 -7.46423E-02 9.75000E-03 -1.06359E-02
A8＝ 3.47274E-03 2.76666E-02 -5.78908E-03 1.02346E-02
A10＝ -4.70509E-04 -6.28738E-03 4.38152E-03 -4.15381E-03
A12＝ 3.01629E-05 -1.34545E-03 -1.56906E-03 9.96322E-04
A14＝ 7.80534E-08 9.80092E-04 3.94361E-04 -7.24517E-05
A15＝ -7.70753E-08 -1.57318E-04 -4.51076E-05 1.05446E-05
表4-3为实施例四中各焦距比值。
f2/f f3/f f45/f f6/f f2/f6
-2.39 3.74 5.29 5.20 -0.46
本实施例的具体解释参考图18-21，其中图18为实施例五中的离焦曲线图，横轴是焦移，峰值是在焦点距离上，随着焦移变化，成像质量有减小，但是成像质量依然很高；图19为实施例五的畸变曲线图，从图中可以看出，畸变达到大于18％，在相同单位视场角，边缘分布像素比中心多，凸显边缘物体；图20为实施例五的垂轴像差图，而图21则是本发明实施例五的横向色差图，可以看出视场色差小，色彩还原性好。
对比本发明实施例一至实施例五，可以发现当参数改变时，成像特性也有一些细微的差异，但是总体来说，在使用4G2P结构的摄像光学镜头时，不管高低温，只要中心不会产生失焦情况，就可以满足边缘不会产生场曲的问题。
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 (6)

1.一种摄像光学镜头，其特征在于，由物侧至像侧依序为第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜；
该第一透镜为凸凹玻璃球面透镜，焦距为负；
该第二透镜为塑料非球面，焦距为负；
该第三透镜为双凸玻璃球面，焦距为正；
该第四、五透镜为胶合镜片，第四透镜为凸凹负透镜，第五透镜为双凸正透镜，胶合后焦距为正；
该第六透镜为塑料非球面，焦距为正。
2.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，该摄像光学镜头还满足：2＜|f2/f|＜3，且3＜|f3/f|＜4，其中f为系统焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距。
3.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，该摄像光学镜头还满足：4.5＜|f45/f|＜6，且5＜|f6/f|＜6，其中f为系统焦距，f45为第四透镜和第五透镜胶合后的焦距，f6为第六透镜的焦距。
4.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，该摄像光学镜头还满足：0.37＜|f2/f6|＜0.55。
5.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，该光学系统镜片之间靠使用铝隔圈，匹配金属镜框，并且各个透镜使用金属铝支撑座。
6.根据权利要求5所述的摄像光学镜头，其特征在于，该镜头高温使得后焦变化，记为ΔBFL1，金属铝支撑座因高温使后焦变化记为ΔBFL2，ΔBFL1-ΔBFL2接近0。
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