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。
本发明提出一种日夜两用成像镜头,沿光轴从物侧到成像面依次包括:第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及滤光片。
其中,第一透镜具有负光焦度,第一透镜的物侧面和像侧面均为凹面;
第二透镜具有负光焦度,第二透镜的物侧面为凹面,像侧面为凸面;
第三透镜具有正光焦度,第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面;
第四透镜具有正光焦度,第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面;
第五透镜具有负光焦度,第五透镜的物侧面和像侧面均为凹面;
第六透镜具有正光焦度,第六透镜的物侧面和像侧面均为凸面;
第七透镜具有正光焦度,第七透镜的物侧面和像侧面均为凸面。
第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜均为玻璃球面镜片,第二透镜和第七透镜均为玻璃非球面镜片,且各个透镜的光学中心位于同一直线上;全部使用玻璃透镜,能够很大程度上保证镜头的信赖性品质,使其能适用于对环境比较苛刻的领域。
第五透镜和第六透镜组成胶合透镜,该胶合镜片结构用于消除色差,可使镜头在435nm~650nm以及900nm~1100nm的光谱范围的像差得到更好的校正和平衡,使得镜头不仅能在白昼的光照环境下清晰成像,在夜间极低照度环境下,通过红外补光,也能清晰成像。
光阑设置于第四透镜与第五透镜之间,经过前面多个(四个)透镜对入射光线的收敛作用,保证了各透镜入射角大小的均衡性,使得进入光阑面的光线更加平缓,有效降低镜头的敏感度,同时也使得系统结构更紧凑,有利于减小光学总长,实现镜头的小型化。
在一些实施方式中,所述日夜两用成像镜头满足条件式:
-0.7<R21/R31<-0.3;(1)
0<R22/R32<0.2;(2)
其中,R21表示第二透镜的物侧面的曲率半径,R22表示第二透镜的像侧面的曲率半径,R31表示第三透镜的物侧面的曲率半径,R32表示第三透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式(1)和(2),通过设置第二透镜和第三透镜的面型,使其更好的配合入射光线的路径,并使第三透镜的像侧面的出射光线与光轴接近平行,便于后续透镜系统校正像差。
在一些实施方式中,所述日夜两用成像镜头满足条件式:
1.5<D11/DST<2.5;(3)
1.2<D72/DST<1.8;(4)
其中,D11表示第一透镜的物侧面的有效口径,DST表示光阑面的有效口径,D72表示第七透镜的像侧面的有效口径。满足上述条件式(3)和(4),可使镜头具有大孔径的特性,使镜头进光量较大,能够满足明暗环境下的成像需求。
在一些实施方式中,所述日夜两用成像镜头满足条件式:
0.4<ET7/CT7<0.7;(5)
1.8<f7/f<3.5;(6)
其中,ET7表示第七透镜的边缘厚度,CT7表示第七透镜的中心厚度,f7表示第七透镜的焦距,f表示日夜两用成像镜头的焦距。满足上述条件式(5)和(6),能够有效校正镜头的场曲和畸变。
在一些实施方式中,所述日夜两用成像镜头满足条件式:
1.4<LD1/LD2<2.3;(7)
0.55<(LD1+LD2)/TTL<0.75;(8)
其中,LD1表示第一透镜的物侧面与光阑在光轴上的距离,LD2表示光阑与第七透镜的像侧面在光轴上的距离,TTL表示日夜两用成像镜头的光学总长。满足上述条件式(7)和(8),能够使光阑的位置设置于系统透镜组的后半部分,有利于入射光线平缓的进入光阑面,从而降低整个镜头的敏感度,同时也使系统结构更加紧凑,有利于镜头小型化的实现。
在一些实施方式中,所述日夜两用成像镜头满足条件式:
-2.6<R51/R56<-1.6;(9)
-3.2<R62/R56<-1.8;(10)
-0.8<f5/f6<-0.5;(11)
其中,R51表示第五透镜的物侧面的曲率半径,R62表示第六透镜的像侧面的曲率半径,R56表示第五透镜和第六透镜粘合面的曲率半径,f5表示第五透镜的焦距,f6表示第六透镜的焦距。满足上述条件式(9)至(11),能够实现合理的分布胶合透镜组中第五透镜和第六透镜的光焦度,并且按照特定的面型排布,有利于提升此系统中双胶合透镜的消色差能力,从而提高系统对435nm~650nm以及900nm~1100nm的波长范围内光波段的成像能力,达到日夜两用且成像品质高的效果。
在一些实施方式中,所述日夜两用成像镜头满足条件式:
0.9<D11/f/tanθ<1.3;(12)
其中,D11表示第一透镜的物侧面的有效口径,f表示日夜两用成像镜头的焦距,θ表示日夜两用成像镜头的半视场角。满足上述条件式(12),满足系统有效焦距的同时,也能够保证镜头前端具有较小的口径,从而实现镜头的小型化。
在一些实施方式中,所述日夜两用成像镜头满足条件式:
-1.5<f1/f<-1;(13)
1.6<f3/f<2.8;(14)
其中,f1表示第一透镜的焦距,f3表示第三透镜的焦距,f表示日夜两用成像镜头的焦距。满足上述条件式(13)和(14),通过合理的分配第一透镜和第三透镜的光焦度,可有效矫正镜头的像散,提升镜头的解析力。
在一些实施方式中,所述日夜两用成像镜头满足条件式:
0.3<BFL/TTL<0.4;(15)
5mm<BFL<7mm;(16)
其中,BFL表示日夜两用成像镜头的光学后焦,TTL表示日夜两用成像镜头的光学总长。满足上述条件式(15)和(16),使镜头具有较大的光学后焦,便于光线平缓的入射到成像面,有利于优化系统的CRA(主光线入射角);同时较大的光学后焦分配,降低了镜头本体与成像芯片在结构上的干涉,有利于产品的加工组装。
在一些实施方式中,为了使镜头更好的配合芯片使用,所述日夜两用成像镜头满足条件式:
14°<CRA<23°;(17)
其中,CRA表示日夜两用成像镜头的最大视场主光线在成像面上的入射角。
在一些实施方式中,所述日夜两用成像镜头对0.5m-1.5m处的物体成像更加清晰。
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,日夜两用成像镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同,具体不同可参见各实施例的参数表。
本发明各个实施例中非球面镜头的表面形状均满足下列方程:
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表示二次曲面系数,h表示光轴到曲面的距离,B、C、D、E和F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数。
第一实施例
请参阅图1,所示为本发明第一实施例提供的日夜两用成像镜头100的结构示意图,沿光轴从物侧至成像面依次包括:第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑ST、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7以及滤光片G1。
第一透镜L1具有负光焦度,第一透镜的物侧面S1和像侧面S2均为凹面;
第二透镜L2具有负光焦度,第二透镜的物侧面S3为凹面,像侧面S4为凸面;
第三透镜L3具有正光焦度,第三透镜的物侧面S5为凸面,第三透镜的像侧面S6为凸面;
第四透镜L4具有正光焦度,第四透镜的物侧面S7和像侧面S8均为凸面;
第五透镜L5具有负光焦度,第五透镜的物侧面S9和像侧面均为凹面;
第六透镜L6具有正光焦度,第六透镜的物侧面S10和像侧面S11均为凸面,且第五透镜L5和第六透镜L6组成胶合透镜;
第七透镜L7具有正光焦度,第七透镜的物侧面S12和像侧面S13均为凸面。
第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6均为玻璃球面镜片,第二透镜L2和第七透镜L7均为玻璃非球面镜片,且各个透镜的光学中心位于同一直线上。
本实施例所提供的日夜两用成像镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示。
表1
本实施例提供的日夜两用成像镜头100中的各透镜非球面的参数如表2所示。
表2
面号 |
K |
B |
C |
D |
E |
F |
S3 |
0.125 |
2.419E-04 |
2.052E-04 |
-1.907E-05 |
-7.499E-07 |
4.995E-07 |
S4 |
-1.916 |
-4.866E-04 |
1.846E-04 |
-1.204E-05 |
-2.341E-07 |
3.677E-07 |
S12 |
0.424 |
9.766E-04 |
-1.244E-04 |
6.969E-05 |
-1.229E-05 |
7.427E-07 |
S13 |
-2.654 |
2.638E-03 |
-3.207E-04 |
1.302E-04 |
-1.933E-05 |
1.027E-06 |
本实施例提供的日夜两用成像镜头100的场曲如图2所示,由图可以看出,日夜两用成像镜头100的场曲均不超过±0.03mm,且同一波长的子午方向和弧矢方向的场曲差值均不超过0.03mm,说明场曲得到了很好的矫正。
本实施例提供的日夜两用成像镜头100在435nm~650nm(可见光)和900nm~1100nm(红外光)的光谱条件下MTF曲线如图3和图4所示,由图可以看出,对应113lp/mm处MTF值在全视场范围内都大于0.4,说明镜头在白昼和夜晚情况下都具备良好的分辨率,在日夜环境下都能够实现较好的成像效果。
第二实施例
本实施例中的日夜两用成像镜头100的结构与第一实施例中的日夜两用成像镜头的结构大抵相同,不同之处在于:本实施例日夜两用成像镜头100中各透镜的曲率半径、材料选择不同,具体各个镜片的相关参数如表3所示。
表3
本实施例的各透镜非球面的参数如表4所示。
表4
面号 |
K |
B |
C |
D |
E |
F |
S3 |
-0.099 |
3.706E-03 |
4.903E-04 |
2.501E-05 |
-2.666E-06 |
7.472E-07 |
S4 |
-2.350 |
3.218E-04 |
3.899E-04 |
2.795E-06 |
-7.219E-07 |
5.358E-07 |
S12 |
-0.080 |
6.040E-04 |
-1.445E-04 |
5.745E-05 |
-9.979E-06 |
5.816E-07 |
S13 |
-0.955 |
2.029E-03 |
-2.827E-04 |
9.341E-05 |
-1.335E-05 |
6.602E-07 |
本实施例提供的日夜两用成像镜头的场曲如图5所示,由图可以看出,日夜两用成像镜头的场曲均不超过±0.03mm,且同一波长的子午方向和弧矢方向的场曲差值均不超过0.03mm,说明场曲得到了很好的矫正。
本实施例提供的日夜两用成像镜头在435nm~650nm(可见光)和900nm~1100nm(红外光)的光谱条件下MTF曲线如图6和图7所示,由图可以看出,对应113lp/mm处MTF值在全视场范围内都大于0.5,说明镜头在白昼和夜晚情况下都具有较好的成像效果。
第三实施例
本实施例中的日夜两用成像镜头100的结构与第一实施例中的日夜两用成像镜头的结构大抵相同,不同之处在于:本实施例日夜两用成像镜头100中各透镜的曲率半径、材料选择不同,具体各个镜片的相关参数如表5所示。
表5
本实施例的各透镜非球面的参数如表6所示。
表6
面号 |
K |
B |
C |
D |
E |
F |
S3 |
0.023 |
2.737E-04 |
-1.454E-05 |
4.277E-06 |
-1.974E-06 |
2.093E-07 |
S4 |
-0.837 |
1.666E-04 |
-7.655E-06 |
-2.372E-06 |
-7.479E-08 |
5.993E-08 |
S12 |
-2.284 |
9.079E-04 |
7.407E-05 |
-8.274E-05 |
3.615E-05 |
-4.809E-06 |
S13 |
-8.768 |
3.655E-03 |
-1.515E-04 |
1.702E-05 |
1.586E-05 |
-3.107E-06 |
本实施例提供的日夜两用成像镜头的场曲如图8所示,由图可以看出,日夜两用成像镜头的场曲均不超过±0.03mm,且同一波长的子午方向和弧矢方向的场曲差值均不超过0.03mm,说明场曲得到了很好的矫正。
本实施例提供的日夜两用成像镜头在435nm~650nm(可见光)和900nm~1100nm(红外光)的光谱条件下MTF曲线如图9和图10所示,由图可以看出,对应113lp/mm处MTF值在全视场范围内都大于0.4,说明镜头在白昼和夜晚情况下都具有较好的成像效果。
表7是上述3个实施例及其对应的光学特性,包括系统的焦距f、半视场角θ、最大像高IH和光学总长TTL,以及与前面每个条件式对应的数值。
表7
条件式 |
第一实施例 |
第二实施例 |
第三实施例 |
f(mm) |
3.548 |
3.554 |
3.104 |
IH(mm) |
3.097 |
3.04 |
2.91 |
θ(deg) |
60 |
58 |
62 |
TTL(mm) |
16.895 |
17.200 |
16.900 |
BFL(mm) |
6.099 |
6.295 |
5.239 |
R21/R31 |
-0.591 |
-0.432 |
-0.613 |
R22/R32 |
0.123 |
0.088 |
0.175 |
D11/DST |
1.985 |
1.964 |
2.214 |
D72/DST |
1.608 |
1.656 |
1.424 |
ET7/CT7 |
0.491 |
0.438 |
0.649 |
f7/f |
2.311 |
2.032 |
3.096 |
LD1/LD2 |
1.585 |
1.518 |
2.195 |
(LD1+LD2)/TTL |
0.640 |
0.634 |
0.689 |
R51/R56 |
-2.050 |
-2.294 |
-2.420 |
R62/R56 |
-2.156 |
-2.613 |
-3.043 |
f5/f6 |
-0.635 |
-0.627 |
-0.612 |
D11/f/tanθ |
1.084 |
1.162 |
1.202 |
f1/f |
-1.150 |
-1.318 |
-1.263 |
f3/f |
1.892 |
1.848 |
2.632 |
BFL/TTL |
0.361 |
0.366 |
0.310 |
CRA(deg) |
17.4 |
16.1 |
19.9 |
综上,本发明提供的日夜两用成像镜头具有以下的优点:
(1)采用七片玻璃球面与非球面镜片,通过各透镜面型的合理设置以及光焦度的合理分配,且采用用于消除色差的胶合镜片结构,使镜头在435nm~650nm以及900nm~1100nm的光谱范围的像差得到合理的校正和平衡,使得镜头不仅能在白昼的光照环境下清晰成像,在夜间极低照度环境下,通过红外补光,也能清晰成像。
(2)光阑位置设置于第四透镜和第五透镜之间,经过前面多个(四个)透镜对入射光线的收敛作用,保证了各透镜入射角大小的均衡性,使得进入光阑面的光线更加平缓,从而降低镜头敏感度,同时也使得系统结构更紧凑,有利于减小光学总长,实现镜头的小型化。
(3)全部使用玻璃透镜,能够很大程度上保证镜头的信赖性品质,使其能适用于对环境比较苛刻的领域,更好的迎合自动辅助驾驶系统的使用需求。
(4)由于各透镜的面型及光焦度设置合理,使镜头对0.5m-1.5m处的物体成像更加清晰。
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。