CN112630943B - 光学成像镜头及成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学成像镜头及成像设备，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群组，第一群组包括具有负光焦度且物侧面为凸面、像侧面为凹面的第一透镜，具有正光焦度且像侧面为凸面的第二透镜；光阑；具有正光焦度的第二群组，第二群组包括具有正光焦度的第三透镜，具有正光焦度且物侧面和像侧面均为凸面的第四透镜，具有正光焦度且物侧面为凸面的第五透镜，具有负光焦度且像侧面为凹面的第六透镜，其中，第五透镜和第六透镜组成粘合体；具有正光焦度的第三群组，第三群组包括具有正光焦度且物侧面和像侧面均为凸面的第七透镜；滤光片。该光学成像镜头至少具有高像素、小畸变的优点，且具有温度补偿效果。

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
随着车载、监控、运动相机等领域的不断发展，对于镜头的像素、稳定性等的要求越来越高。
以目前技术来说，想要减小感光芯片的像素点尺寸越来越困难，因此为了追求更多的像素数目，芯片的尺寸越来越大，意味着镜头需要有更大的成像范围，在这种情况下，对镜头的分辨率要求越来越高，并且镜头的边缘像差较难矫正，边缘成像效果较差，不能很好满足车载、监控、运动相机等领域的使用需求。
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，至少具有高像素、正畸变的优点，且具有温度补偿效果。
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次包括：具有负光焦度的第一群组，光阑，具有正光焦度的第二群组，具有正光焦度的第三群组，以及滤光片。
其中，所述第一群组包括具有负光焦度且物侧面为凸面、像侧面为凹面的第一透镜，具有正光焦度且像侧面为凸面的第二透镜。
所述第二群组包括具有正光焦度的第三透镜，具有正光焦度且物侧面和像侧面均为凸面的第四透镜，具有正光焦度且物侧面为凸面的第五透镜，具有负光焦度且像侧面为凹面的第六透镜，其中，所述第五透镜和所述第六透镜组成粘合体；
所述第三群组包括具有正光焦度且物侧面和像侧面均为凸面的第七透镜。
第二方面，本发明提供一种成像设备，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及成像设备，第一群组主要用于光线的收集和畸变的矫正，通过第一透镜、第二透镜相互配合，可以用于光线收集，并减小光线与光轴的夹角，第二透镜为玻璃非球面透镜，主要用于矫正畸变，使得光学成像镜头在边缘视场的f-θ畸变大于+15%，可以使光学成像镜头在边缘视场拥有更多的像素数目，使所拍摄画面经过拉伸后保证边缘视场有良好的成像质量，有效提高画质。第二群组主要用于扩大光学成像镜头的成像范围并补偿温度造成的光学后焦的漂移问题，第三透镜、第四透镜和第五透镜中至少有两个透镜采用温度折射率系数为负值的镜片材料，可以有效补偿温度变化造成的光学后焦的漂移，第五透镜和第六透镜组成的粘合体可以有效增大光线的出射角度，进而增大光学成像镜头的成像范围。第三群组采用双凸透镜主要用于矫正球差、慧差、场曲等像差。此外，各个透镜均为玻璃镜片可以使得所述镜头具有较好的热稳定性能以及机械强度，利于在极端环境下工作。
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f-θ畸变曲线图；
图3为本发明第一实施例中的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；
图4为本发明第二实施例中的光学成像镜头的结构示意图；
图5为本发明第二实施例中的光学成像镜头的f-θ畸变曲线图；
图6为本发明第二实施例中的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；
图7为本发明第三实施例中的光学成像镜头的结构示意图；
图8为本发明第三实施例中的光学成像镜头的f-θ畸变曲线图；
图9为本发明第三实施例中的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；
图10为本发明第四实施例中的光学成像镜头的结构示意图；
图11为本发明第四实施例中的光学成像镜头的f-θ畸变曲线图；
图12为本发明第四实施例中的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；
图13为本发明第五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。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。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。
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次包括具有负光焦度的第一群组，光阑，具有正光焦度的第二群组，具有正光焦度的第三群组，以及滤光片。
其中，所述第一群组包括具有负光焦度且物侧面为凸面、像侧面为凹面的第一透镜，具有正光焦度且像侧面为凸面的第二透镜。
所述第二群组包括具有正光焦度的第三透镜，具有正光焦度且物侧面和像侧面均为凸面的第四透镜，具有正光焦度且物侧面为凸面的第五透镜，具有负光焦度且像侧面为凹面的第六透镜，其中，所述第五透镜和所述第六透镜组成粘合体。
所述第三群组包括具有正光焦度且物侧面和像侧面均为凸面的第七透镜。
在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜均为玻璃透镜。
在一些实施方式中，第二透镜、第三透镜、第七透镜均为玻璃非球面透镜，第一透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均为玻璃球面透镜。
在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：
0.2＜|f2/fQ1|＜0.9；（1）
其中，f2表示第二透镜的焦距，fQ1表示第一群组的组合焦距。
第二透镜采用非球面透镜，同时满足上述条件式（1），可以控制所述光学成像镜头具有正畸变，且光学成像镜头在边缘视场的f-θ畸变大于+15%，使镜头的边缘视场容纳更多的像素，在相机拍摄的画面经过拉伸和矫正后，使画面边缘依然可以有清晰的成像质量，有效提高画质。
在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：
-2＜R2/f1+R4/f2＜-0.8；（2）
其中，R2表示第一透镜的像侧面的曲率半径，R4表示第二透镜的像侧面的曲率半径，f1表示第一透镜的焦距，f2表示第二透镜的焦距。
满足上述条件式（2），可以有效减小光线与光轴的夹角，使得从第一群组出射的光线便于后续系统矫正像差。
在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：
-1.2＜f56/fQ2＜-0.2；（3）
0.8＜IH/f＜0.9；（4）
其中，f56表示第五透镜和第六透镜组成的粘合体的焦距，fQ2表示第二群组的组合焦距，f表示光学成像镜头的焦距，IH表示光学成像镜头的最大真实像高。
满足上述条件式（3）和（4），可以使光线从第二群组射出时有较大的出射角，以便于增大光学成像镜头的成像范围，提高镜头容纳像素的能力，使光学成像镜头可以达到2400万的超高像素。
在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：
(dn/dt)3+(dn/dt)4+(dn/dt)5＜-7.0×10-6/℃；（5）
其中，(dn/dt)3、(dn/dt)4、(dn/dt)5分别表示第三透镜、第四透镜、第五透镜的温度折射率系数。
第三透镜、第四透镜和第五透镜中至少两个透镜选择温度折射率系数为负的材料，且满足上述条件式（5）可以有效补偿温度变化带来的光学后焦的变化，使光学成像镜头在-40℃~100℃的温度范围内都有良好的成像品质。
在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：
0mm-1＜fQ2/(R11*CT67)＜2mm-1；（6）
其中，fQ2表示第二群组的组合焦距，R11表示第六透镜的像侧面的曲率半径，CT67表示第六透镜与第七透镜在光轴上的空气间隔。
满足上述条件式（6），可以减弱光线在第六透镜的像侧面与第七透镜的物侧面之间反射的鬼影能量，降低鬼影对拍摄画面的影响，提高成像质量。
在一些实施方式中，为了有效矫正球差、慧差、场曲等像差，所述光学成像镜头满足条件式：
-3＜f7/R13＜0；（7）
其中，f7表示第七透镜的焦距，R13表示第七透镜的像侧面的曲率半径。
满足上述配置有利于保证所述光学成像镜头具有高像素、正畸变以及良好的温度补偿的效果，通过增大光学成像镜头的成像范围，使镜头的像素可以达到2400万，并且通过光学成像镜头在边缘视场的f-θ畸变大于+15%，提高了光学成像镜头边缘视场的解像力，使光学成像镜头拥有高像素的同时，保证镜头有良好的成像能力。
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。
本发明中各个实施例中光学成像镜头的非球面的表面形状均满足下列方程：
Figure 632574DEST_PATH_IMAGE001
；
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，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：第一群组Q1、光阑ST、第二群组Q2、第三群组Q3、滤光片G1。
第一群组Q1包括第一透镜L1和第二透镜L2。
第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面，第一透镜的像侧面S2为凹面，第一透镜L1是玻璃球面透镜。
第二透镜L2具有正光焦度，第二透镜的物侧面S3为凹面，第二透镜的像侧面S4为凸面，第二透镜L2是玻璃非球面透镜。
第二群组Q2包括第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6。
第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5为凹面，第三透镜的像侧面S6为凸面，第三透镜L3是玻璃非球面透镜。
第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7和第四透镜的像侧面S8均为凸面，第四透镜L4是玻璃球面透镜。
第五透镜L5具有正光焦度，第五透镜的物侧面S9和像侧面S10均为凸面。
第六透镜L6具有负光焦度，第六透镜的物侧面S10和像侧面S11均为凹面；且第五透镜L5和第六透镜L6胶合为粘合体，并且第五透镜L5和第六透镜L6均为玻璃球面透镜。
第三群组Q3包括第七透镜L7。
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，第七透镜L7是玻璃非球面透镜。
光阑ST设于第二透镜L2与第三透镜L3之间，滤光片G1设于第七透镜L7与成像面S16之间。图1中，S14表示滤光片G1的物侧面，S15表示滤光片G1的像侧面。
本发明第一实施例中提供的光学成像镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示。
表1
Figure 430766DEST_PATH_IMAGE002
本实施例的各透镜非球面的参数如表2所示。
表2
Figure 160824DEST_PATH_IMAGE003
在本实施例中，光学成像镜头100的畸变和垂轴色差的曲线图分别如图2和图3所示。
由图2可以看出，本实施例中光学成像镜头100在边缘视场的f-θ畸变约为17.5%，使得真实像高比理论像高更大，也即所述光学成像镜头100在边缘视场能容纳更多的像素，从而有效提高了边缘视场的成像质量。
图3中横轴表示各波长相对中心波长的垂轴色差值（单位：微米），纵轴表示归一化视场角，由图3可以看出，本实施中光学成像镜头100的各波长的垂轴色差值不超过3.5μm，且红光（0.650μm波长）与蓝光（0.430μm波长）的色差不超过2.5μm，说明光学成像镜头100的色差能被很好的校正。
第二实施例
请参阅图4，所示为本发明第二实施例提供的光学成像镜头200的结构示意图。本实施例当中的光学成像镜头200与第一实施例当中的光学成像镜头100大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的光学成像镜头200的第二透镜L2的物侧面S3为凸面，第五透镜L5的像侧面S10为凹面，第六透镜L6的物侧面S10为凸面，以及各透镜的曲率半径、材料选择不同，具体各个透镜的相关参数参见表3所示。
表3
Figure 360861DEST_PATH_IMAGE004
本实施例的各透镜非球面的参数如表4所示。
表4
Figure 885384DEST_PATH_IMAGE005
在本实施例中，光学成像镜头200的畸变和垂轴色差的曲线图分别如图5和图6所示。
由图5可以看出，本实施例中光学成像镜头200在边缘视场的f-θ畸变略大于15%，使得真实像高比理论像高更大，成像镜头在边缘视场能容纳更多的像素，有效提高边缘视场的成像质量。
图6中横轴表示各波长相对中心波长的垂轴色差值（单位：微米），纵轴表示归一化视场角，由图6可以看出，本实施提供的光学成像镜头200各波长垂轴色差最大不超过4.5μm，且红光（0.650μm波长）与蓝光（0.430μm波长）的色差不超过3.0μm，说明光学成像镜头200的色差能被很好的校正。
第三实施例
请参阅图7，所示为本发明第二实施例提供的光学成像镜头300的结构图。本实施例当中的光学成像镜头300与第一实施例当中的光学成像镜头100大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的光学成像镜头300的第三透镜L3的物侧面S5为凸面，以及各透镜的曲率半径、材料选择不同，具体各个透镜的相关参数参见表5所示。
表5
Figure 170872DEST_PATH_IMAGE006
本实施例的各透镜非球面的参数如表6所示。
表6
Figure 439042DEST_PATH_IMAGE007
在本实施例中，光学成像镜头300的畸变和垂轴色差的曲线图分别如图8和图9所示。
由图8可以看出本实施例所述光学成像镜头300在边缘视场的f-θ畸变略大于15%，使得真实像高比理论像高更大，因此所述成像镜头在边缘视场能容纳更多的像素，有效提高边缘视场的成像质量。
图9中横轴表示各波长相对中心波长的垂轴色差值（单位：微米），纵轴表示归一化视场角，由图9可以看出，本实施所述成像镜头各波长垂轴色差最大不超过3.5μm，且红光（0.650μm）与蓝光（0.430μm）的色差不超过2.3μm，说明本实施例中光学成像镜头300的色差能被很好的校正。
第四实施例
请参阅图10，所示为本发明第四实施例提供的光学成像镜头400的结构图。本实施例当中的光学成像镜头400与第一实施例当中的光学成像镜头100大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的光学成像镜头400的第三透镜L3的物侧面S5为凸面，第三透镜L3的像侧面S6为凹面，以及各透镜的曲率半径、材料选择不同，具体各个透镜的相关参数参见表7所示。
表7
Figure 493586DEST_PATH_IMAGE008
本实施例的各透镜非球面的参数如表8所示。
表8
Figure 454588DEST_PATH_IMAGE009
在本实施例中，光学成像镜头400的畸变和垂轴色差的曲线图分别如图11和图12所示。
由图11可以看出本实施例所述光学成像镜头400在边缘视场的f-θ畸变略大于15%，使得真实像高比理论像高更大，因此所述成像镜头在边缘视场能容纳更多的像素，有效提高边缘视场的成像质量。
图12中横轴表示各波长相对中心波长的垂轴色差值（单位：微米），纵轴表示归一化视场角，由图12可以看出，本实施中光学成像镜头400各波长垂轴色差最大不超过3.0μm，且红光（0.650μm波长）与蓝光（0.430μm）的色差不超过3.0μm，说明本实施例中光学成像镜头400的色差能被很好的校正。
表9是上述四个实施例及其对应的光学特性，包括光学成像镜头的焦距f、光圈数F#、视场角2θ和光学总长TTL，以及与前面每个条件式对应的数值。
表9
Figure 227372DEST_PATH_IMAGE010
综上所述，本发明提供的光学成像镜头中，第一群组Q1主要用于光线的收集和畸变的矫正，通过第一透镜L1、第二透镜L2相配合，可以用于光线收集，并减小光线与光轴的夹角，第二透镜L2为玻璃非球面透镜，主要用于矫正畸变，使得所述光学成像镜头在边缘视场的f-θ畸变大于+15%，可以使所述成像镜头边缘视场拥有更多的像素数目，在拍摄画面经过拉伸后保证边缘视场有良好的成像质量，有效提高画质，第二群组Q2主要用于扩大所述成像镜头的成像范围并补偿温度造成的光学后焦的漂移问题，第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5至少有两个透镜采用温度折射率系数为负值的镜片材料，可以有效补偿温度变化造成的光学后焦的漂移，第五透镜L5和第六透镜L6组成的粘合体可以有效增大光线的出射角度，进而增大所述成像镜头的成像范围，第三群组Q3主要用于矫正球差、慧差、场曲等像差。各个透镜均为玻璃镜片可以使得所述镜头具有较好的热稳定性能以及机械强度，利于在极端环境下工作。
第五实施例
请参阅图13，所示为本发明第五实施例提供的成像设备500，该成像设备500可以包括成像元件510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510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。
该成像设备500可以是车载摄像机、运动相机、监控相机、手机、平板电脑以及其它任意一种形态的装载了上述光学成像镜头的终端设备。
本申请实施例提供的成像设备500包括光学成像镜头100，由于光学成像镜头100具有高像素、小畸变的优点，且具有温度补偿效果，具有该光学成像镜头100的成像设备500也具有高像素、小畸变的优点，且具有温度补偿效果。
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，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

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：
具有负光焦度的第一群组，所述第一群组沿光轴从物侧到成像面依次包括具有负光焦度且物侧面为凸面、像侧面为凹面的第一透镜，具有正光焦度且像侧面为凸面的第二透镜；
光阑；
具有正光焦度的第二群组，所述第二群组沿光轴从物侧到成像面依次包括具有正光焦度的第三透镜，具有正光焦度且物侧面和像侧面均为凸面的第四透镜，具有正光焦度且物侧面为凸面的第五透镜，具有负光焦度且像侧面为凹面的第六透镜，其中，所述第五透镜和所述第六透镜组成粘合体；
具有正光焦度的第三群组，所述第三群组包括具有正光焦度且物侧面和像侧面均为凸面的第七透镜；
滤光片，所述滤光片设置于所述第三群组与成像面之间；
所述光学成像镜头满足条件式：
(dn/dt)3+(dn/dt)4+(dn/dt)5＜-7.0×10-6/℃；
其中，(dn/dt)3、(dn/dt)4、(dn/dt)5分别表示所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜的温度折射率系数。
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条件式：0.2＜|f2/fQ1|＜0.9；
其中，f2表示所述第二透镜的焦距，fQ1表示所述第一群组的组合焦距。
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条件式：-2＜R2/f1+R4/f2＜-0.8；
其中，R2表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径，R4表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距。
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条件式：-1.2＜f56/fQ2＜-0.2；0.8＜IH/f＜0.9；
其中，f56表示所述第五透镜和所述第六透镜组成的粘合体的焦距，fQ2表示所述第二群组的组合焦距，f表示所述光学成像镜头的焦距，IH表示所述光学成像镜头的真实像高。
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条件式：0mm-1＜fQ2/(R11*CT67)＜2mm-1；
其中，fQ2表示所述第二群组的组合焦距，R11表示所述第六透镜的像侧面的曲率半径，CT67表示所述第六透镜与所述第七透镜在光轴上的空气间隔。
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条件式：-3＜f7/R13＜0；
其中，f7表示所述第七透镜的焦距，R13表示所述第七透镜的像侧面的曲率半径。
7.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第二透镜、所述第三透镜和所述第七透镜均为玻璃非球面透镜，所述第一透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜均为玻璃球面透镜。
8.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第五透镜的像侧面为凸面，所述第六透镜的物侧面为凹面；
或者，所述第五透镜的像侧面为凹面，所述第六透镜的物侧面为凸面。
9.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的光学成像镜头及成像元件，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。
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