CN112255772B

CN112255772B - 光学成像镜头及成像设备

Info

Publication number: CN112255772B
Application number: CN202011535448.5A
Authority: CN
Inventors: 尚博文; 鲍宇旻; 曾吉勇
Original assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Current assignee: Hefei Lianchuang Optical Co.,Ltd.
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2040-12-23
Also published as: CN112255772A

Abstract

本发明公开了一种光学成像镜头，该光学成像镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面和像侧面均为凹面；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面；光阑；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面在近光轴处为凸面；其中，所述第一透镜、第三透镜为玻璃镜片，所述第二透镜、第四透镜为塑胶非球面镜片。本发明提供的光学成像镜头采用四片玻塑混合镜片搭配，通过各面型的合理控制，以及材料和光焦度的合理组合，能够实现清晰成像，在控制低成本制造的同时，又能满足高解像力的成像质量要求。

Description

光学成像镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种光学成像镜头及成像设备。

背景技术

目前，随着自动驾驶系统的发展，世界各国相继颁布了推动自动驾驶发展的相关政策，极大带动了自动驾驶相关行业的发展，而车载摄像头作为自动驾驶辅助系统的关键部件也迎来了快速的发展，对该镜头的要求也越来越高。

在某些场合，需要车载摄像头具有在小视场较高细节的分辨能力，以识别远距离的物体及道路标识等，还对镜头的生产成本以及抗环境干扰等性能提出了要求。然而，在现有的小视场车载摄像头中，大多采用全玻璃材质的架构，为了矫正畸变及系统像差，通常需要用到5到7片镜片，制造成本高，市场竞争力差。

发明内容

为此，本发明的目的在于提出一种光学成像镜头及成像设备，用于解决上述问题。

本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

第一方面，本发明提供了一种光学成像镜头，沿光轴从物侧到成像面依序包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜以及滤光片；所述第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；所述第二透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；所述第三透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；所述第四透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，其像侧面在近光轴处为凸面；其中，所述第一透镜和所述第三透镜为玻璃球面镜片，所述第二透镜和所述第四透镜为塑胶非球面镜片，且各透镜的光学中心均位于同一直线上。

第二方面，本申请实施例还提供一种成像设备，包括成像元件及第一方面提供的光学成像镜头，成像元件用于将光学成像镜头形成的光学图像转换为电信号。

相比于现有技术，本发明提供的光学成像镜头采用四片玻塑混合镜片搭配，其中，第一透镜采用负光焦度的玻璃材质透镜，一方面可提供系统所需要的负光焦度，另一方面可以缩短系统的总长；第二透镜采用正光焦度的塑胶材质透镜，可以有效补正第一透镜产生的像差且有利于像高视场的扩大；第三透镜采用正光焦度的玻璃材质透镜，有利于入射光的收集且有利于矫正光学系统的热焦移；第四透镜采用负光焦度的塑胶材质透镜，可有效补偿第三透镜带来的像差。塑胶透镜的使用，有利于降低制造成本，减轻了镜头重量，提高了产品竞争力；同时又采用2片玻璃材质镜片，使镜头具有良好的热稳定性，能适用于对环境比较苛刻的领域，例如车载等领域的需求。综上所述，本发明提供的光学成像镜头具有在小视场内较高细节分辨的能力以及小型化、低成本、良好的热稳定性等特点。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一实施例中的光学成像镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中的光学成像镜头的场曲畸变图；

图3为本发明第一实施例中的光学成像镜头的解像效果图；

图4为本发明第二实施例中的光学成像镜头的场曲畸变图；

图5为本发明第二实施例中的光学成像镜头的解像效果图；

图6为本发明第三实施例中的光学成像镜头的场曲畸变图；

图7为本发明第三实施例中的光学成像镜头的解像效果图；

图8为本发明第四实施例提供的成像设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

基于此，本发明提出一种光学成像镜头，该光学成像镜头沿光轴从物侧到成像面依序包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜以及滤光片；其中，第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，其像侧面为凹面；第二透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，其像侧面为凸面；第三透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面、其像侧面为凸面；第四透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，其像侧面在近光轴处为凸面。第一透镜和第三透镜为玻璃球面镜片，第二透镜和第四透镜为塑胶非球面镜片，且各透镜的光学中心均位于同一直线上。

在一些实施方式中，光学成像镜头满足条件式：

0.30<T_1S/TTL<0.45；（1）

其中，T_1S表示第一透镜的物侧面与光阑在光轴上的距离，TTL表示光学成像镜头的光学总长。满足条件式（1），能够实现光阑的前移，进而使光阑后的光学系统具有足够长的空间，有利于消除像面的像差。

在一些实施方式中，光学成像镜头满足条件式：

0.01<D/h/FOV<0.02；（2）

其中，FOV表示光学成像镜头的最大视场角，D表示第一透镜的物侧面的最大通光口径，h表示光学成像镜头的成像面上的有效像素区域对角线长。满足条件式（2），通过控制D值，可实现镜头前端的小口径，从而使镜头具有较好的解像力，保持镜头在小视场内较高细节分辨的能力。

在一些实施方式中，光学成像镜头满足条件式：

-1.07<f1/f<-1.02；（3）

1.2<f2/f<1.4；（4）

1.0<f3/f<1.2；（5）

-1.8<f4/f<-1.3；（6）

其中，f1表示第一透镜的焦距，f2表示第二透镜的焦距，f3表示第三透镜的焦距，f4表示第四透镜的焦距，f表示光学成像镜头的焦距。满足上述条件式（3）至（6），可以使第一透镜和第二透镜以及第三透镜和第四透镜满足正负透镜相互配合来矫正场曲；通过合理分配各透镜的光焦度，使镜头在温差较大的环境中成像性能依然很稳定，增强了镜头的抗环境干扰能力。

在一些实施方式中，光学成像镜头满足条件式：

0.1<(T₂₃+T₆₇)/T₁₈<0.2；（7）

其中，T₂₃表示第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面在光轴上的距离，T₆₇表示第三透镜的像侧面与第四透镜的物侧面在光轴上的距离，T₁₈表示第一透镜的物侧面与第四透镜的像侧面在光轴上的距离。满足条件式（7），有利于合理分配镜头中各镜片的间距，使整个系统满足高解像力的同时还能实现小型化。

在一些实施方式中，光学成像镜头满足条件式：

-4<R3/R8<-1；（8）

其中，R3表示第二透镜的物侧面的曲率半径，R8表示第四透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（8），有利于合理设置第二透镜和第四透镜的面型，降低镜头的加工难度。

在一些实施方式中，光学成像镜头满足条件式：

0.6<DT8/ImgH<1；（10）

其中，DT8表示第四透镜的像侧面的最大有效半口径，ImgH表示光学成像镜头的成像面上的有效像素区域对角线长的一半。满足条件式（10），有利于实现镜头的小型化，同时保证镜头具有较高的相对照度。

在一些实施方式中，光学成像镜头满足条件式：

0.5<ƩCT/TTL<0.55；（11）

其中，ƩCT表示第一透镜至第四透镜分别于光轴上的厚度总和，TTL表示光学成像镜头的光学总长。满足条件式（11），能够合理配置透镜的中心厚度总和ƩCT，有效缩短镜头的光学总长，实现镜头的小型化。

在一些实施方式中，光学成像镜头满足条件式：

0.3<BFL/TTL<0.4；（12）

其中，BFL表示光学成像镜头的后焦距，TTL表示光学成像镜头的光学总长。满足条件式（12），能够合理控制镜头的光学后焦距，降低镜头本体与成像芯片在结构上的干涉，有利于镜头的安装使用。

进一步的，在一些实施方式中，光学成像镜头的光圈数不大于2.0，能够满足较暗环境的成像需要。

本发明中非球面透镜的面型满足如下等式：

，

其中：z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示曲面顶点的曲率，K表示圆锥系数，h表示光轴到曲面的距离，B、C、D、E、F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶，十二阶曲面系数。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在以下每个实施例中，光学成像镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径有所不同，具体不同可参见各实施例中的参数表。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

第一实施例

请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的光学成像镜头100的结构示意图，该光学成像镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、光阑ST、第三透镜L3、第四透镜L4、滤光片G1和成像面S11。

其中，第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜L1的物侧面S1为凹面，第一透镜L1的像侧面S2为凹面；

第二透镜L2具有正光焦度，第二透镜L2的物侧面S3为凸面，第二透镜L2的像侧面S4为凸面；

第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜L3的物侧面S5为凸面，第三透镜L3的像侧面S6为凸面；

第四透镜L4具有负光焦度，第四透镜L4的物侧面S7为凹面，第四透镜L4的像侧面S8在近光轴处为凸面；

光阑ST设置于第二透镜L2和第三透镜L3之间。

滤光片G1设置于第四透镜L4与成像面S11之间，该滤光片G1可用于选择性地对部分光进行过滤，从而优化成像结果。本实施例中，成像面S11可以是由物侧入射的光，经过光学成像镜头在像侧成像的平面。

其中，第一透镜L1和第三透镜L3为玻璃球面镜片，第二透镜L2、第四透镜L4为塑胶非球面镜片，且各透镜的光学中心均位于同一直线上。

本实施例中的光学成像镜头100的各透镜的曲率半径、厚度、材料等相关参数如表1所示。

表1

本实施例中光学成像镜头100的各非球面的面型系数如表2所示。

表2

请参阅图2，所示为本实施例中光学成像镜头100的场曲曲线图，表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度，图2中横轴表示偏移量（单位：mm），纵轴表示视场角（单位：度）。从图2中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.06mm以内，说明光学成像镜头的场曲校正良好。

请参阅图3，所示为光学成像镜头的MTF图，图3中纵轴表示MTF值，横轴表示空间频率（单位：周期/毫米）。由图3中可以看出，光学成像镜头在84线对时在全视场的MTF值均大于0.5，说明光学成像镜头100的热稳定性良好，并且具有较高的分辨率。

第二实施例

本发明第二实施例提供的光学成像镜头与第一实施例中的光学成像镜头100的结构大抵相同，不同之处在于各透镜的曲率半径、厚度、材料等相关参数不同。

本实施例中的光学成像镜头的各透镜的曲率半径、厚度、材料等相关参数如表3所示。

表3

本实施例中光学成像镜头的各非球面的面型系数如表4所示。

表4

请参阅图4，所示为本实施例中光学成像镜头的场曲曲线图。从图中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.12mm以内，说明光学成像镜头的场曲校正良好。

请参阅图5，所示为光学成像镜头的MTF图。由图中可以看出，光学成像镜头在84线对时在全视场的MTF值均大于0.55，说明光学成像镜头的热稳定性良好，并且具有较高的分辨率。

第三实施例

本发明第三实施例提供的光学成像镜头与第一实施例中的光学成像镜头100的结构大抵相同，不同之处在于各透镜的曲率半径、厚度、材料等相关参数不同。

本实施例中的光学成像镜头的各透镜的曲率半径、厚度、材料等相关参数如表5所示。

表5

本实施例中光学成像镜头的各非球面的面型系数如表6所示。

表6

请参阅图6，所示为本实施例中光学成像镜头的场曲曲线图。从图中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.06mm以内，说明光学成像镜头的场曲校正良好。

请参阅图7，所示为光学成像镜头的MTF图。由图中可以看出，光学成像镜头在84线对时在全视场的MTF值均大于0.7，说明光学成像镜头的热稳定性良好，并且具有较高的分辨率。

表7是上述3实施例及其对应的光学特性，包括系统的焦距f、光圈数F#、视场角FOV和光学总长TTL，以及与前面每个条件式对应的数值。

表7

综上，根据本发明提供的光学成像镜头，采用了四片玻塑混合镜片，通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上间距等，使得镜头在实现良好质量的同时，具有小型化、低敏感度以及良好的加工性等效果。其次，本发明的光学成像镜头中的第一透镜和第三透镜均为玻璃球面透镜，第二透镜和第四透镜均为塑胶非球面透镜，通过优化配置各个透镜的正负折射率，使镜头像差得到有效的校正。而且，塑胶非球面透镜的使用，可以有效矫正镜头的像差，提高整组镜头的解像力；另外，玻璃和塑胶材料的结合使用，有效的降低了制造成本，能够提高了产品竞争力。

第四实施例

本申请实施例还提供了一种成像设备400，请参阅图8所示，成像设备400包括成像元件410和上述任一实施例中的光学成像镜头（例如光学成像镜头100）。成像元件410可以是CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补性金属氧化物半导体）图像传感器，还可以是CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）图像传感器。

成像设备400可以是车载监控、无人机、全景相机以及其他任意一种形态的装载了光学成像镜头100的电子设备。

本申请实施例提供的成像设备400包括光学成像镜头100，由于光学成像镜头100具有小型化、低成本、良好的解像力及热稳定性的优点，具有该光学成像镜头100的成像设备400也具有小型化、低成本、良好的解像力及热稳定性的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种光学成像镜头，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜以及滤光片；

所述第一透镜具有负光焦度，所述第一透镜的物侧面为凹面，所述第一透镜的像侧面为凹面；

所述第二透镜具有正光焦度，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

所述第三透镜具有正光焦度，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

所述第四透镜具有负光焦度，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凸面；

其中，所述第一透镜和所述第三透镜为玻璃球面镜片，所述第二透镜和所述第四透镜为塑胶非球面镜片，且各透镜的光学中心均位于同一直线上；

所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.01/°<D/h/FOV<0.02/°；

其中，FOV表示所述光学成像镜头的最大视场角，D表示所述第一透镜的物侧面的最大通光口径，h表示所述光学成像镜头的成像面上的有效像素区域对角线长。

2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.30<T_1S/TTL<0.45；

其中，T_1S表示所述第一透镜的物侧面与所述光阑在所述光轴上的距离，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。

3.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-1.07<f1/f<-1.02；1.2<f2/f<1.4；1.0<f3/f<1.2；-1.8<f4/f<-1.3；

其中，f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距，f3表示所述第三透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距，f表示所述光学成像镜头的焦距。

4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.1<(T₂₃+T₆₇)/T₁₈<0.2；

其中，T₂₃表示所述第一透镜的像侧面与所述第二透镜的物侧面在所述光轴上的距离，T₆₇表示所述第三透镜的像侧面与所述第四透镜的物侧面在所述光轴上的距离，T₁₈表示所述第一透镜的物侧面与所述第四透镜的像侧面在所述光轴上的距离。

5.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-4<R3/R8<-1；

其中，R3表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R8表示所述第四透镜的像侧面的曲率半径。

6.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.6<DT8/ImgH<1；

其中，DT8表示所述第四透镜的像侧面的最大有效半口径，ImgH表示所述光学成像镜头的成像面上的有效像素区域对角线长的一半。

7.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.5<ƩCT/TTL<0.55；

其中，ƩCT表示所述第一透镜至所述第四透镜分别于所述光轴上的厚度总和，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。

8.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.3<BFL/TTL<0.4；

其中，BFL表示所述光学成像镜头的后焦距，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。

9.一种成像设备，其特征在于，包括成像元件和如权利要求1-8任一项所述的光学成像镜头，所述成像元件用于将所述光学成像镜头形成的光学图像转换为电信号。