CN111999850A - 光学镜头及成像设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种光学镜头和包括该光学镜头的成像设备。该光学镜头沿着光轴由物侧至像侧依序可包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜。其中，第一透镜可具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜可具有正光焦度，其物侧面为凸面；第三透镜可具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；以及第四透镜可具有负光焦度，其物侧面和像侧面均为凹面。该光学镜头可实现高解像、大视场、大光圈、小型化、前端小口径、低成本等有益效果中的至少一个。

Description

光学镜头及成像设备

技术领域

本申请涉及光学镜头和包括该光学镜头的成像设备，更具体地，本申请涉及一种包括四片透镜的光学镜头及成像设备。

背景技术

随着汽车的普及，驾驶员疲劳驾驶对道路安全影响也越来越大，因此对内视监控镜头的要求也越来越高。

目前，车载类内视光学镜头正向着大芯片、高清像素的趋势发展。为了提升车载类光学镜头的解像能力，一般会选用更多的镜片结构，但在追求高解像的同时会严重影响镜头的小型化。芯片尺寸的增大，一定程度上也会使镜头总长增大，影响到车载类光学镜头的安装使用。

因此，目前市场正需要一款高解像兼顾小型化、大光圈、低成本等特点的且可在红外环境下使用的光学镜头，以满足例如车内监控的要求。

发明内容

本申请提供了可适用于车载安装的、可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这样一种光学镜头，该光学镜头沿着光轴由物侧至像侧依序可包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜。其中，第一透镜可具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜可具有正光焦度，其物侧面为凸面；第三透镜可具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；以及第四透镜可具有负光焦度，其物侧面和像侧面均为凹面。

其中，第二透镜的像侧面可为凸面。可替代地，第二透镜的像侧面可为凹面。

其中，光学镜头可具有至少一个非球面镜片。例如，具体地，第一透镜、第三透镜和第四透镜均可为非球面镜片。

其中，该光学镜头还可包括设置在第二透镜与第三透镜之间的光阑。

其中，光学镜头的光学总长度TTL与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：TTL/F≤6.5。

其中，光学镜头的光学总长度TTL、光学镜头的最大视场角FOV以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间可满足：TTL/H/FOV≤0.05。

其中，光学镜头的光学后焦BFL与光学镜头的透镜组长度TL之间可满足：BFL/TL≥0.1。

其中，光学镜头的最大视场角FOV、光学镜头的最大视场角所对应的第一透镜的物侧面的最大通光口径D以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间可满足：D/H/FOV≤0.05。

其中，第四透镜的焦距值F4与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：|F4/F|≤5。

其中，第一透镜的像侧面的中心曲率半径R2与第二透镜的物侧面的中心曲率半径R3之间可满足：-2≤(R2-R3)/(R2+R3)≤2。

其中，光学镜头的最大视场角度FOV、光学镜头的整组焦距值F以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间可满足：(FOV×F)/H≤75。

其中，第二透镜的焦距值F2与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：|F2/F|≤5。

其中，第三透镜的焦距值F3与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：|F3/F|≤3。

其中，第一透镜的像侧面和第二透镜的物侧面的中心距离D2与光学镜头的光学总长度TTL之间可满足：D2/TTL≤0.3。

其中，第二透镜的像侧面和第三透镜的物侧面的中心距离D4与光学镜头的光学总长度TTL之间可满足：D4/TTL≤0.8。

其中，第二透镜的物侧面的中心曲率半径R3与第二透镜的像侧面的中心曲率半径R4之间可满足：|R3/R4|≤1.8。

其中，光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜物侧面的最大通光口径的半口径d3及其所对应的矢高SG值SAG3与光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜像侧面的最大通光口径的半口径d4及其所对应的矢高SG值SAG4之间可满足：0.01≤|(SAG4/d4)/(SAG3/d3)|≤0.81。

其中，第一透镜的物侧面的中心曲率半径R1与第一透镜的像侧面的中心曲率半径R2之间可满足：R1/R2≤10。

本申请的另一方面提供了这样一种光学镜头，该光学镜头沿着光轴由物侧至像侧依序可包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜。其中，第一透镜和第四透镜均可具有负光焦度；第二透镜和第三透镜均可具有正光焦度；光学镜头的光学总长度TTL与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：TTL/F≤6.5。

其中，第一透镜的物侧面可为凸面，像侧面可为凹面。

其中，第二透镜的物侧面可为凸面，像侧面可为凹面。可替代地，第二透镜的物侧面和像侧面均可为凸面。

其中，第三透镜的物侧面和像侧面均可为凸面。

其中，第四透镜的物侧面和像侧面均可为凹面。

其中，光学镜头可具有至少一个非球面镜片。例如，具体地，第一透镜、第三透镜和第四透镜均可为非球面镜片。

其中，该光学镜头还可包括设置在第二透镜与第三透镜之间的光阑。

其中，光学镜头的光学总长度TTL、光学镜头的最大视场角FOV以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间可满足：TTL/H/FOV≤0.05。

其中，光学镜头的光学后焦BFL与光学镜头的透镜组长度TL之间可满足：BFL/TL≥0.1。

其中，光学镜头的最大视场角FOV、光学镜头的最大视场角所对应的第一透镜的物侧面的最大通光口径D以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间可满足：D/H/FOV≤0.05。

其中，第四透镜的焦距值F4与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：|F4/F|≤5。

其中，第一透镜的像侧面的中心曲率半径R2与第二透镜的物侧面的中心曲率半径R3之间可满足：-2≤(R2-R3)/(R2+R3)≤2。

其中，光学镜头的最大视场角度FOV、光学镜头的整组焦距值F以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间可满足：(FOV×F)/H≤75。

其中，第二透镜的焦距值F2与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：|F2/F|≤5。

其中，第三透镜的焦距值F3与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：|F3/F|≤3。

其中，第一透镜的像侧面和第二透镜的物侧面的中心距离D2与光学镜头的光学总长度TTL之间可满足：D2/TTL≤0.3。

其中，第二透镜的像侧面和第三透镜的物侧面的中心距离D4与光学镜头的光学总长度TTL之间可满足：D4/TTL≤0.8。

其中，第二透镜的物侧面的中心曲率半径R3与第二透镜的像侧面的中心曲率半径R4之间可满足：|R3/R4|≤1.8。

其中，光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜物侧面的最大通光口径的半口径d3及其所对应的矢高SG值SAG3与光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜像侧面的最大通光口径的半口径d4及其所对应的矢高SG值SAG4之间可满足：0.01≤|(SAG4/d4)/(SAG3/d3)|≤0.81。

其中，第一透镜的物侧面的中心曲率半径R1与第一透镜的像侧面的中心曲率半径R2之间可满足：R1/R2≤10。

本申请的又一方面提供了一种成像设备，该成像设备可包括根据上述实施方式的光学镜头及用于将光学镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件。

本申请采用了例如四片透镜，通过优化设置镜片的形状，合理分配各镜片的光焦度等，实现光学镜头的高解像、大视场、大光圈、小型化、前端小口径、低成本等有益效果中的至少一个。

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；

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；以及

图4示意性示出了镜片的物/像侧面的最大通光口径的半口径d/d’与其所对应的矢高Sg值SAG/SAG’。

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四个具有光焦度的透镜，即第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜。这四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)。

第一透镜可具有负光焦度，其物侧面可为凸面，像侧面可为凹面。第一透镜设置为弯月形凸透镜，物侧面和像侧面的曲率半径同号，且凸面半径的绝对值较大，使得可有效的校正像面弯曲。

第二透镜可具有正光焦度，其物侧面可为凸面，像侧面可选的可为凸面或凹面；。第二透镜设置为弯月形凸透镜，物侧面和像侧面的曲率半径同号。

第三透镜可具有正光焦度，其物侧面和像侧面均可为凸面。第三透镜设置为具有正光焦度，可将经第二透镜的光线汇聚，使其平缓过渡至下一镜片。

第四透镜可具有负光焦度，其物侧面和像侧面均可为凹面。第四透镜设置为具有负光焦度，可将经过前面光学系统的光线进行发散，在后焦一定的情况下可获得更大的像高，从而达到可匹配更大的芯片的目的。

在示例性实施方式中，可在例如第二透镜与第三透镜之间设置用于限制光束的光阑，以进一步提高镜头的成像质量。当将光阑设置于第二透镜与第三透镜之间时，可有利于对进入光学系统的光线的有效收束，减小光学系统镜片口径。然而，应注意，此处公开的光阑的位置仅是示例而非限制；在替代的实施方式中，也可根据实际需要将光阑设置在其他位置。

在示例性实施方式中，根据需要，根据本申请的光学镜头还可包括设置在第四透镜与成像面之间的滤光片，以对具有不同波长的光线进行过滤；以及还可包括设置在滤光片与成像面之间的保护玻璃，以防止光学镜头的内部元件(例如，芯片)被损坏。

在示例性实施方式中，光学镜头的光学总长度TTL与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：TTL/F≤6.5，更理想地，可进一步满足TTL/F≤5。满足条件式TTL/F≤6.5，可保证系统的小型化特性。

在示例性实施方式中，光学镜头的光学总长度TTL、光学镜头的最大视场角FOV以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间可满足：TTL/H/FOV≤0.05，更理想地，可进一步满足TTL/H/FOV≤0.03。满足条件式TTL/H/FOV≤0.05，可保证系统的小型化特性。

在示例性实施方式中，光学镜头的光学后焦BFL与光学镜头的透镜组长度TL之间可满足：BFL/TL≥0.1，更理想地，可进一步满足BFL/TL≥0.2。通过满足条件式BFL/TL≥0.1，可在小型化的基础上，实现后焦长的特性，有利于光学镜头的组装。

在示例性实施方式中，光学镜头的最大视场角FOV、光学镜头的最大视场角所对应的第一透镜物侧面的最大通光口径D以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间可满足：D/H/FOV≤0.05，更理想地，可进一步满足D/H/FOV≤0.04。满足条件式D/H/FOV≤0.05，可保证前端小口径。

在示例性实施方式中，第四透镜的焦距值F4与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：|F4/F|≤5，更理想地，可进一步满足|F4/F|≤4。最后一枚透镜第四透镜具有短焦距，有助于收光，保证通光量。

在示例性实施方式中，第一透镜像侧面的中心曲率半径R2与第二透镜物侧面的中心曲率半径R3之间可满足：-2≤(R2-R3)/(R2+R3)≤2，更理想地，可进一步满足-1≤(R2-R3)/(R2+R3)≤1。满足条件式-2≤(R2-R3)/(R2+R3)≤2，可校正该光学系统的像差，并且保证从第一透镜出射的光线入射到第二透镜的物侧面时，入射角不会太大，从而降低该光学系统的公差敏感度。

在示例性实施方式中，光学镜头的最大视场角度FOV、光学镜头的整组焦距值F以及光学镜头最大视场角所对应的像高H之间可满足：(FOV×F)/H≤75，更理想地，可进一步满足(FOV×F)/H≤70。满足条件式(FOV×F)/H≤75，可保证小畸变特性。

在示例性实施方式中，第二透镜的焦距值F2与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：|F2/F|≤5，更理想地，可进一步满足|F2/F|≤4。通过合理分配焦距，可有助于实现热补偿。

在示例性实施方式中，第三透镜的焦距值F3与光学镜头的整组焦距值F之间可满足：|F3/F|≤3，更理想地，可进一步满足|F3/F|≤2。通过合理分配焦距，可有助于实现热补偿。

在示例性实施方式中，第一透镜像侧面和第二透镜物侧面的中心距离D2与光学镜头的光学总长度TTL之间可满足：D2/TTL≤0.3，更理想地，可进一步满足D2/TTL≤0.25。通过合理设置镜片之间的距离，可有利于像质的提升，有利于实现小型化。

在示例性实施方式中，第二透镜像侧面和第三透镜物侧面的中心距离D4与光学镜头的光学总长度TTL之间可满足：D4/TTL≤0.8，更理想地，可进一步满足D4/TTL≤0.5。通过合理设置镜片之间的距离，可有利于像质的提升，有利于实现小型化。

在示例性实施方式中，第二透镜物侧面的中心曲率半径R3与第二透镜像侧面的中心曲率半径R4之间可满足：|R3/R4|≤1.8，更理想地，可进一步满足|R3/R4|≤1.5。通过设置使得第二透镜的两个表面形状接近，可平缓过渡周边光线，有利于降低镜片敏感度。

在示例性实施方式中，光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜物侧面的最大通光口径的半口径d3及其所对应的矢高SG值SAG3与光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜像侧面的最大通光口径的半口径d4及其所对应的矢高SG值SAG4之间可满足：0.01≤|(SAG4/d4)/(SAG3/d3)|≤0.81，更理想地，可进一步满足0.02≤|(SAG4/d4)/(SAG3/d3)|≤0.82。通过设置使得第二透镜两个表面的形状相近，可平缓过渡周边光线，有利于降低镜片敏感度。

在示例性实施方式中，第一透镜物侧面的中心曲率半径R1与第一透镜像侧面的中心曲率半径R2之间可满足：R1/R2≤10，更理想地，可进一步满足R1/R2≤6。通过第一透镜的特殊形状设置，可有利于像质的提升，有利于实现小型化。

在示例性实施方式中，根据本申请的光学镜头具有至少一枚非球面镜片。例如，第一透镜、第三透镜和第四透镜均可采用非球面镜片。非球面镜片的特点是：从镜片中心到周边曲率是连续变化的。与从镜片中心到周边有恒定曲率的球面镜片不同，非球面镜片具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面镜片后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而提升镜头的成像质量。例如，第一透镜、第三透镜可采用非球面镜片，以使光学系统的各种像差得到充分校正。第四透镜采用非球面镜片，可使光学系统的各种像差得到充分校正，在结构紧凑的前提下，可提高光学系统的分辨率。应理解的是，为了提高成像质量，根据本申请的光学镜头可增加非球面镜片的数量，例如，在重点关注该光学镜头的解像质量时，第一透镜至第四透镜均可采用非球面镜片。

在示例性实施方式中，第二透镜可采用玻璃镜片。通常塑料材质的镜片热膨胀系数较大，当镜头所使用的环境温度变化较大时，塑料材质的透镜会引起镜头的光学后焦变化量较大。采用玻璃材质的镜片，可减小温度对镜头光学后焦的影响，但是成本较高。第二透镜可采用玻璃镜片，以降低镜片敏感度。

根据本申请的上述实施方式的光学镜头通过优化设置镜片形状，合理分配光焦度，合理选取镜片材料，使用4片架构就能够在红外波段实现高解像，同时能够兼顾镜头体积小、敏感度低，生产良率高的低成本要求。该光学镜头拥有大光圈，成像效果佳，像质可达到高清级别，即使在夜晚或弱光环境时，也能保证图像的清晰。因此，根据本申请上述实施方式的光学镜头能够更好地符合例如车载应用的要求。

本领域技术人员应当理解，上文中使用的光学镜头的光学总长度TTL是指从第一透镜物侧面的中心至成像面中心的轴上距离；光学镜头的光学后焦BFL是指从最后一个透镜第四透镜像侧面的中心至成像面中心的轴上距离；以及光学镜头的透镜组长度TL是指从第一透镜物侧面的中心至最后一个透镜第四透镜像侧面中心的轴上距离。

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四个透镜为例进行了描述，但是该光学镜头不限于包括四个透镜。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和第四透镜L4。

第一透镜L1为具有负光焦度的弯月透镜，其物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面。

第二透镜L2为具有正光焦度的弯月透镜，其物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面。

第三透镜L3为具有正光焦度的双凸透镜，其物侧面S6和像侧面S7均为凸面。

第四透镜L4为具有负光焦度的双凹透镜，其物侧面S8和像侧面S9均为凹面。

其中，第一透镜L1、第三透镜L3和第四透镜L4均为非球面镜片，它们各自的物侧面和像侧面均为非球面。

可选地，该光学镜头还可包括具有物侧面S10和像侧面S11的滤光片L5和/或具有物侧面S12和像侧面S13的保护透镜L6。滤光片L5可用于校正色彩偏差。保护透镜L6可用于保护位于成像面IMA的图像传感芯片。来自物体的光依序穿过各表面S1至S13并最终成像在成像面IMA上。

在本实施例的光学镜头中，可在第二透镜L2与第三透镜L3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(应理解，T₁为第一透镜L1的中心厚度，T₂为第一透镜L1与第二透镜L2之间的空气间隔，以此类推)、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

本实施例采用了四片透镜作为示例，通过合理分配各个透镜的光焦度与面型，各透镜的中心厚度以及各透镜间的空气间隔，可使镜头具有高解像、大视场、大光圈、小型化、前端小口径、低成本等有益效果中的至少一个。各非球面面型Z由以下公式限定：

其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数conic；A、B、C、D、E均为高次项系数。下表2示出了可用于实施例1中的非球面透镜表面S1-S2、S6-S9的圆锥系数k以及高次项系数A、B、C、D、E和F。

表2

面号

K

A

B

C

D

E

F

1

-50.0000

-1.5400E-02

2.2410E-04

2.2160E-04

4.1130E-05

3.5690E-07

-6.7160E-06

2

-0.5120

-3.7900E-02

-4.2520E-03

1.4300E-02

6.7140E-03

-1.0000E-02

3.2700E-03

6

-1.7745

4.9900E-02

-8.9000E-02

3.1200E-01

-4.0500E-01

1.4130E-01

5.9000E-02

7

-11.0440

-5.7700E-02

8.1000E-02

3.3000E-02

-1.6000E-01

1.5926E-01

-4.8000E-02

8

-122.5100

-9.1000E-02

1.3900E-01

-4.8100E-01

5.1700E-01

-3.0355E-01

5.9000E-02

9

-12.6282

2.7000E-02

-6.8800E-02

3.5600E-02

-1.2000E-02

1.3097E-03

5.8800E-04

下表3给出了实施例1的光学镜头的光学总长度TTL(即，从第一透镜L1的物侧面S1的中心至成像面IMA的轴上距离)、光学镜头的整组焦距值F、光学镜头的光学后焦BFL(即，最后一个透镜第四透镜L4的像侧面S9的中心至成像面IMA的轴上距离)、光学镜头的透镜组长度TL(即，从第一透镜L1的物侧面S1中心至最后一个透镜第四透镜L4的像侧面S9中心的轴上距离)、光学镜头的最大视场角所对应的第一透镜L1的物侧面S1的最大通光口径D、光学镜头的最大视场角所对应的像高H、光学镜头的最大视场角FOV、第一透镜L1的物侧面S1和像侧面S2的中心曲率半径R1-R2、第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4的中心曲率半径R3-R4、第一透镜L1的像侧面S2与第二透镜L2的物侧面S3的中心距离D2、第二透镜L2的像侧面S4与第三透镜L4的物侧面S5的中心距离D4、光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的物侧面S3的最大通光口径的半口径d3及其所对应的矢高SG值SAG3(请参见图3所示)、以及光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的像侧面S4的最大通光口径的半口径d4及其所对应的矢高SG值SAG4(请参见图3所示)、第二透镜L2至第四透镜L4的焦距值F2-F4。

表3

TTL(mm)	7.0054	D2(mm)	1.2044
				F(mm)	2.4094	D4(mm)	0.2340
BFL(mm)	2.1020	SAG3(mm)	0.3130
				TL(mm)	4.9034	SAG4(mm)	0.1569
D(mm)	3.3527	d3(mm)	1.0537
				H(mm)	4.3200	d4(mm)	0.8931
FOV(°)	100.0000	F2(mm)	6.8548
				R1(mm)	6.1200	F3(mm)	1.8984
R2(mm)	1.1230	F4(mm)	-5.9363
				R3(mm)	1.9300
R4(mm)	2.6200

在本实施例中，光学镜头的光学总长度TTL与光学镜头的整组焦距值F之间满足TTL/F＝2.9075；光学镜头的光学后焦BFL与光学镜头的透镜组长度TL之间满足BFL/TL＝0.4287；光学镜头的最大视场角FOV、光学镜头的最大视场角所对应的第一透镜L1的物侧面S1的最大通光口径D以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间满足D/H/FOV＝0.0078；光学镜头的最大视场角度FOV、光学镜头的整组焦距值F以及光学镜头最大视场角所对应的像高H之间满足(FOV×F)/H＝55.7741；第一透镜L1的像侧面S2的中心曲率半径R2与第二透镜L2的物侧面S3的中心曲率半径R3之间满足(R2-R3)/(R2+R3)＝-0.2643；光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的物侧面S3的最大通光口径的半口径d3及其所对应的矢高SG值SAG3与光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的像侧面S4的最大通光口径的半口径d4及其所对应的矢高SG值SAG4之间满足(SAG4/d4)/(SAG3/d3)＝0.5914；第一透镜L1的物侧面S1的中心曲率半径R1与第一透镜L1的像侧面S2的中心曲率半径R2之间满足R1/R2＝5.4497；第四透镜L4的焦距值F4与光学镜头的整组焦距值F之间满足|F4/F|＝2.4638；第二透镜L2的焦距值F2与光学镜头的整组焦距值F之间满足|F2/F|＝2.8450；第三透镜L3的焦距值F3与光学镜头的整组焦距值F之间满足|F3/F|＝0.7879；光学镜头的光学总长度TTL、光学镜头的最大视场角FOV以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间满足TTL/H/FOV＝0.0162；第一透镜L1的像侧面S2和第二透镜L2的物侧面S3的中心距离D2与光学镜头的光学总长度TTL之间满足D2/TTL＝0.1719；第二透镜L2的像侧面S4和第三透镜L4的物侧面S5的中心距离D4与光学镜头的光学总长度TTL之间满足D4/TTL＝0.0334；以及第二透镜L2的物侧面S3的中心曲率半径R3与第二透镜L2的像侧面S4的中心曲率半径R4之间满足|R3/R4|＝0.7366。

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和第四透镜L4。

第一透镜L1为具有负光焦度的弯月透镜，其物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面。

第二透镜L2为具有正光焦度的弯月透镜，其物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面。

第三透镜L3为具有正光焦度的双凸透镜，其物侧面S6和像侧面S7均为凸面。

第四透镜L4为具有负光焦度的双凹透镜，其物侧面S8和像侧面S9均为凹面。

其中，第一透镜L1、第三透镜L3、和第四透镜L4均为非球面镜片，它们各自的物侧面和像侧面均为非球面。

可选地，该光学镜头还可包括具有物侧面S10和像侧面S11的滤光片L5和/或具有物侧面S12和像侧面S13的保护透镜L6。滤光片L5可用于校正色彩偏差。保护透镜L6可用于保护位于成像面IMA的图像传感芯片。来自物体的光依序穿过各表面S1至S13并最终成像在成像面IMA上。

在本实施例的光学镜头中，可在第二透镜L2与第三透镜L3之间设置光阑STO以提高成像质量。

下表4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5示出了可用于实施例2中非球面透镜表面S1-S2、S6-S9的圆锥系数k以及高次项系数A、B、C、D、E和F。下表6给出了实施例2的光学镜头的光学总长度TTL、光学镜头的整组焦距值F、光学镜头的光学后焦BFL、光学镜头的透镜组长度TL、光学镜头的最大视场角所对应的第一透镜L1的物侧面S1的最大通光口径D、光学镜头的最大视场角所对应的像高H、光学镜头的最大视场角FOV、第一透镜L1的物侧面S1和像侧面S2的中心曲率半径R1-R2、第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4的中心曲率半径R3-R4、第一透镜L1的像侧面S2与第二透镜L2的物侧面S3的中心距离D2、第二透镜L2的像侧面S4与第三透镜L4的物侧面S5的中心距离D4、光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的物侧面S3的最大通光口径的半口径d3及其所对应的矢高SG值SAG3(请参见图3所示)、以及光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的像侧面S4的最大通光口径的半口径d4及其所对应的矢高SG值SAG4(请参见图3所示)、第二透镜L2至第四透镜L4的焦距值F2-F4。

表4

面号	曲率半径R	厚度T	折射率Nd	阿贝数Vd
					OBJ	无穷	800
1	6.1230	0.6500	1.58	30.20
					2	1.2020	0.9733
3	1.8850	0.9500	1.73	51.50
					4	2.6220	0.4120
STO	无穷	-0.2090
					6	1.6010	0.9560	1.53	56.10
7	-2.0210	0.4810
					8	-11.3500	0.6000	1.58	30.20
9	6.4523	0.2500
					10	无穷	0.3000	1.52	64.20
11	无穷	0.5000
					12	无穷	0.4000	1.52	64.20
13	无穷	0.6058
					IMA	无穷

表5

面号

K

A

B

C

D

E

F

1

-62.1012

-1.6000E-02

1.4155E-04

1.8580E-04

2.5507E-05

7.7323E-07

-4.9550E-06

2

-0.4536

-3.5000E-02

-3.3680E-03

2.8500E-02

4.0924E-03

-1.1328E-02

5.3130E-03

6

-1.6788

5.1000E-02

-9.0500E-02

3.1540E-01

-3.9900E-01

1.4675E-01

5.2300E-02

7

-9.6282

-5.1000E-02

9.1700E-02

4.3600E-02

-1.6400E-01

1.5171E-01

-3.2400E-02

8

-250.0000

-8.5000E-02

1.4600E-01

-4.6600E-01

5.2700E-01

-3.0401E-01

4.6500E-02

9

-28.3434

2.3000E-02

-6.9000E-02

3.5200E-02

-1.2000E-02

1.2638E-03

3.9785E-04

表6

在本实施例中，光学镜头的光学总长度TTL与光学镜头的整组焦距值F之间满足TTL/F＝2.8168；光学镜头的光学后焦BFL与光学镜头的透镜组长度TL之间满足BFL/TL＝0.4271；光学镜头的最大视场角FOV、光学镜头的最大视场角所对应的第一透镜L1的物侧面S1的最大通光口径D以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间满足D/H/FOV＝0.0087；光学镜头的最大视场角度FOV、光学镜头的整组焦距值F以及光学镜头最大视场角所对应的像高H之间满足(FOV×F)/H＝60.3032；第一透镜L1的像侧面S2的中心曲率半径R2与第二透镜L2的物侧面S3的中心曲率半径R3之间满足(R2-R3)/(R2+R3)＝-0.2213；光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的物侧面S3的最大通光口径的半口径d3及其所对应的矢高SG值SAG3与光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的像侧面S4的最大通光口径的半口径d4及其所对应的矢高SG值SAG4之间满足(SAG4/d4)/(SAG3/d3)＝0.5262；第一透镜L1的物侧面S1的中心曲率半径R1与第一透镜L1的像侧面S2的中心曲率半径R2之间满足R1/R2＝5.0940；第四透镜L4的焦距值F4与光学镜头的整组焦距值F之间满足|F4/F|＝2.9453；第二透镜L2的焦距值F2与光学镜头的整组焦距值F之间满足|F2/F|＝2.4832；第三透镜L3的焦距值F3与光学镜头的整组焦距值F之间满足|F3/F|＝0.7663；光学镜头的光学总长度TTL、光学镜头的最大视场角FOV以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间满足TTL/H/FOV＝0.0170；第一透镜L1的像侧面S2和第二透镜L2的物侧面S3的中心距离D2与光学镜头的光学总长度TTL之间满足D2/TTL＝0.1417；第二透镜L2的像侧面S4和第三透镜L4的物侧面S5的中心距离D4与光学镜头的光学总长度TTL之间满足D4/TTL＝0.0296；以及第二透镜L2的物侧面S3的中心曲率半径R3与第二透镜L2的像侧面S4的中心曲率半径R4之间满足|R3/R4|＝0.7189。

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和第四透镜L4。

第一透镜L1为具有负光焦度的弯月透镜，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和像侧面S4均为凸面。

第三透镜L3为具有正光焦度的双凸透镜，其物侧面S6和像侧面S7均为凸面。

第四透镜L4为具有负光焦度的双凹透镜，其物侧面S8和像侧面S9均为凹面。

其中，第一透镜L1、第三透镜L3、和第四透镜L4均为非球面镜片，它们各自的物侧面和像侧面均为非球面。

可选地，该光学镜头还可包括具有物侧面S10和像侧面S11的滤光片L5和/或具有物侧面S12和像侧面S13的保护透镜L6。滤光片L5可用于校正色彩偏差。保护透镜L6可用于保护位于成像面IMA的图像传感芯片。来自物体的光依序穿过各表面S1至S13并最终成像在成像面IMA上。

在本实施例的光学镜头中，可在第二透镜L2与第三透镜L3之间设置光阑STO以提高成像质量。

下表7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8示出了可用于实施例3中非球面透镜表面S1-S2、S6-S9的圆锥系数k以及高次项系数A、B、C、D、E和F。下表9给出了实施例3的光学镜头的光学总长度TTL、光学镜头的整组焦距值F、光学镜头的光学后焦BFL、光学镜头的透镜组长度TL、光学镜头的最大视场角所对应的第一透镜L1的物侧面S1的最大通光口径D、光学镜头的最大视场角所对应的像高H、光学镜头的最大视场角FOV、第一透镜L1的物侧面S1和像侧面S2的中心曲率半径R1-R2、第二透镜L2的物侧面S3和像侧面S4的中心曲率半径R3-R4、第一透镜L1的像侧面S2与第二透镜L2的物侧面S3的中心距离D2、第二透镜L2的像侧面S4与第三透镜L4的物侧面S5的中心距离D4、光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的物侧面S3的最大通光口径的半口径d3及其所对应的矢高SG值SAG3(请参见图3所示)、以及光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的像侧面S4的最大通光口径的半口径d4及其所对应的矢高SG值SAG4(请参见图3所示)、第二透镜L2至第四透镜L4的焦距值F2-F4。

表7

面号	曲率半径R	厚度T	折射率Nd	阿贝数Vd
					OBJ	无穷	700
1	5.6865	0.6000	1.54	56.11
					2	1.0221	1.0149
3	2.3558	1.0000	1.73	51.49
					4	-35.8000	0.7000
STO	无穷	-0.0486
					6	2.0000	0.7900	1.53	56.07
7	-2.3460	0.3500
					8	-3.7000	0.6000	1.58	30.15
9	4.4418	0.4000
					10	无穷	0.3000	1.52	64.21
11	无穷	0.3000
					12	无穷	0.4000	1.52	64.21
13	无穷	0.4333
					IMA	无穷

表7

Surf

K

A

B

C

D

E

F

1

-20.0000

-1.6160E-02

1.7654E-04

1.7094E-04

8.4482E-06

-1.4045E-05

1.2296E-06

2

-0.4712

-4.5071E-02

-5.4566E-03

8.9735E-03

2.3902E-04

-1.0619E-02

3.0139E-03

6

-1.1516

5.7719E-02

-1.0150E-01

3.0928E-01

-4.1292E-01

1.3255E-01

9.4848E-02

7

-12.6097

-4.0420E-02

7.7023E-02

5.5911E-04

-1.9720E-01

1.5834E-01

-1.1630E-02

8

-21.0000

-1.0110E-01

9.0105E-02

-4.8757E-01

5.4221E-01

-3.1217E-01

4.5227E-02

9

2.4774

2.8664E-02

-7.0788E-02

3.4362E-02

-8.7000E-03

3.7864E-03

-8.1762E-04

表7

TTL(mm)	6.8396	D2(mm)	1.0149
				F(mm)	2.3874	D4(mm)	0.6514
BFL(mm)	1.8333	SAG3(mm)	0.5401
				TL(mm)	5.0063	SAG4(mm)	-0.0315
D(mm)	3.7301	d3(mm)	1.5010
				H(mm)	4.5520	d4(mm)	1.5010
FOV(°)	102.0000	F2(mm)	3.1041
				R1(mm)	5.6865	F3(mm)	2.1927
R2(mm)	1.0221	F4(mm)	-3.4783
				R3(mm)	2.3558
R4(mm)	-35.8000

在本实施例中，光学镜头的光学总长度TTL与光学镜头的整组焦距值F之间满足TTL/F＝2.8649；光学镜头的光学后焦BFL与光学镜头的透镜组长度TL之间满足BFL/TL＝0.3662；光学镜头的最大视场角FOV、光学镜头的最大视场角所对应的第一透镜L1的物侧面S1的最大通光口径D以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间满足D/H/FOV＝0.0080；光学镜头的最大视场角度FOV、光学镜头的整组焦距值F以及光学镜头最大视场角所对应的像高H之间满足(FOV×F)/H＝53.4964；第一透镜L1的像侧面S2的中心曲率半径R2与第二透镜L2的物侧面S3的中心曲率半径R3之间满足(R2-R3)/(R2+R3)＝-0.3948；光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的物侧面S3的最大通光口径的半口径d3及其所对应的矢高SG值SAG3与光学镜头的最大视场角所对应的第二透镜L2的像侧面S4的最大通光口径的半口径d4及其所对应的矢高SG值SAG4之间满足(SAG4/d4)/(SAG3/d3)＝-0.0583；第一透镜L1的物侧面S1的中心曲率半径R1与第一透镜L1的像侧面S2的中心曲率半径R2之间满足R1/R2＝5.5635；第四透镜L4的焦距值F4与光学镜头的整组焦距值F之间满足|F4/F|＝1.4569；第二透镜L2的焦距值F2与光学镜头的整组焦距值F之间满足|F2/F|＝1.3002；第三透镜L3的焦距值F3与光学镜头的整组焦距值F之间满足|F3/F|＝0.9184；光学镜头的光学总长度TTL、光学镜头的最大视场角FOV以及光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间满足TTL/H/FOV＝0.0147；第一透镜L1的像侧面S2和第二透镜L2的物侧面S3的中心距离D2与光学镜头的光学总长度TTL之间满足D2/TTL＝0.1484；第二透镜L2的像侧面S4和第三透镜L4的物侧面S5的中心距离D4与光学镜头的光学总长度TTL之间满足D4/TTL＝0.0952；以及第二透镜L2的物侧面S3的中心曲率半径R3与第二透镜L2的像侧面S4的中心曲率半径R4之间满足|R3/R4|＝0.0658。

综上，实施例1和实施例3分别满足以下表10所示的关系。

表10

条件式/实施例	1	2	3
				TTL/F	2.9075	2.8168	2.8649
BFL/TL	0.4287	0.4271	0.3662
				D/H/FOV	0.0078	0.0087	0.0080
FOV*F/H	55.7741	60.3032	53.4964
				(R2-R3)/(R2+R3)	-0.2643	-0.2213	-0.3948
|(SAG4/d4)/(SAG3/d3)|	0.5914	0.5262	0.0583
				R1/R2	5.4497	5.0940	5.5635
|F4/F|	2.4638	2.9453	1.4569
				|F2/F|	2.8450	2.4832	1.3002
|F3/F|	0.7879	0.7663	0.9184
				TTL/H/FOV	0.0162	0.0170	0.0147
D2/TTL	0.1719	0.1417	0.1484
				D4/TTL	0.0334	0.0296	0.0952
|R3/R4|	0.7366	0.7189	0.0658

本申请还提供了一种成像设备，该成像设备可包括根据本申请上述实施方式的光学镜头和用于将光学镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件。该成像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)。该成像设备可以是诸如探测距离相机的独立成像设备，也可以是集成在诸如探测距离设备上的成像模块。

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 (22)

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、第三透镜和第四透镜，其特征在于，

所述第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第二透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面；

所述第三透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；以及

所述第四透镜具有负光焦度，其物侧面和像侧面均为凹面。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的像侧面为凸面。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的像侧面为凹面。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头具有至少一个非球面镜片。

5.根据权利要求4所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第三透镜和第四透镜均为非球面镜片。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头还包括设置在所述第二透镜与所述第三透镜之间的光阑。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学总长度TTL与所述光学镜头的整组焦距值F之间满足：TTL/F≤6.5。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学总长度TTL、所述光学镜头的最大视场角FOV以及所述光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间满足：TTL/H/FOV≤0.05。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学后焦BFL与所述光学镜头的透镜组长度TL之间满足：BFL/TL≥0.1。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的最大视场角FOV、所述光学镜头的最大视场角所对应的所述第一透镜的物侧面的最大通光口径D以及所述光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间满足：D/H/FOV≤0.05。

11.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第四透镜的焦距值F4与所述光学镜头的整组焦距值F之间满足：|F4/F|≤5。

12.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的像侧面的中心曲率半径R2与所述第二透镜的物侧面的中心曲率半径R3之间满足：-2≤(R2-R3)/(R2+R3)≤2。

13.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的最大视场角度FOV、所述光学镜头的整组焦距值F以及所述光学镜头的最大视场角所对应的像高H之间满足：(FOV×F)/H≤75。

14.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的焦距值F2与所述光学镜头的整组焦距值F之间满足：|F2/F|≤5。

15.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜的焦距值F3与所述光学镜头的整组焦距值F之间满足：|F3/F|≤3。

16.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的像侧面和所述第二透镜的物侧面的中心距离D2与所述光学镜头的光学总长度TTL之间满足：D2/TTL≤0.3。

17.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的像侧面和所述第三透镜的物侧面的中心距离D4与所述光学镜头的光学总长度TTL之间满足：D4/TTL≤0.8。

18.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的物侧面的中心曲率半径R3与所述第二透镜的像侧面的中心曲率半径R4之间满足：|R3/R4|≤1.8。

19.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，满足条件式：

0.01≤|(SAG4/d4)/(SAG3/d3)|≤0.81，

其中，d3为所述光学镜头的最大视场角所对应的所述第二透镜的物侧面的最大通光口径的半口径；

SAG3为所述光学镜头的最大视场角所对应的所述第二透镜的物侧面的矢高SG值；

d4为所述光学镜头的最大视场角所对应的所述第二透镜的像侧面的最大通光口径的半口径，以及

SAG4为所述光学镜头的最大视场角所对应的所述第二透镜的像侧面的矢高SG值。

20.根据权利要求1-6中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面的中心曲率半径R1与所述第一透镜的像侧面的中心曲率半径R2之间满足：R1/R2≤10。

21.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、第三透镜和第四透镜，其特征在于，

所述第一透镜和所述第四透镜均具有负光焦度；

所述第二透镜和所述第三透镜均具有正光焦度；

所述光学镜头的光学总长度TTL与所述光学镜头的整组焦距值F之间满足：TTL/F≤6.5。

22.一种成像设备，其特征在于，包括权利要求1或21所述的光学镜头及用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件。

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