CN112666688B - 光学成像镜头及成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学成像镜头及成像设备，该光学成像镜头包括沿光轴从物侧到成像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及滤光片，第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜具有正光焦度，其物侧面以及像侧面均为凸面；第四透镜具有负光焦度，其物侧面以及像侧面均为凹面；第五透镜具有正光焦度，其物侧面以及像侧面均为凸面，其中，第四透镜与第五透镜组成粘合透镜组；第六透镜具有正光焦度，其物侧面以及像侧面均为凸面。本发明提出的光学成像镜头具有小型化、低畸变以及可见光与近红外共焦等优点。

Description

光学成像镜头及成像设备
技术领域
本发明涉及一种光学镜头领域，特别涉及一种光学成像镜头及成像设备。
背景技术
随着汽车技术的不断发展与进步，驾驶监控系统(DMS)也在不断地完善。其中，DMS系统就是利用光学镜头获取的图像，通过视觉跟踪、目标检测、动作识别等技术对驾驶员的驾驶行为及生理状态进行检测，当驾驶员发生疲劳、分心、打电话、抽烟、未系安全带等危险情况时报警以避免事故发生。DMS系统能有效地规范驾驶员的驾驶行为、减少人为失误导致的事故，为驾乘安全保驾护航。
随着DMS系统的更新变革，对搭载在DMS系统中的光学镜头提出了更为严苛的要求。一方面为了监控到更大范围的视场以及获得足够多的边缘信息，需要镜头具有超广角以及低畸变性能；另一方面，为了对驾驶员的驾驶行为及面部信息进行有效的检测，需要选择合适的主动光源进行照明，确保白天和夜间行车时监控系统都能正常运行，同时不影响驾驶员的驾驶行为，通常是通过加入人眼不可见的近红外光进行主动照明以满足夜间的使用需求，因此要求镜头在可见光与近红外中都具有良好的成像质量。
然而，现有的部分光学镜头，虽然能够满足超广角以及在白天可见光下具有良好的成像效果，但是在近红外光主动照明下的成像性能却不能满足需求。
发明内容
基于此，本发明的目的是为了解决现有的不足，提出一种光学成像镜头，至少具有小型化、低畸变以及可见光与近红外共焦的优点。
本发明提出一种光学成像镜头，其中，包括沿光轴从物侧到成像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及滤光片；
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；
所述第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第三透镜具有正光焦度，其物侧面以及像侧面均为凸面；
所述第四透镜具有负光焦度，其物侧面以及像侧面均为凹面；
所述第五透镜具有正光焦度，其物侧面以及像侧面均为凸面，其中所述第四透镜与所述第五透镜组成粘合透镜组；
所述第六透镜具有正光焦度，其物侧面以及像侧面均为凸面；
其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜均为玻璃球面镜片，所述第六透镜为玻璃非球面镜片；
所述光学成像镜头满足如下条件式：
5.6<TTL/ImgH<6.4；
其中，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，ImgH表示光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半。
本发明提出的光学成像镜头，包括沿同一光轴从物侧到成像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，由于光学成像镜头满足公式限定：5.6<TTL/ImgH<6.4，其中TTL表示光学成像镜头的光学总长，ImgH表示光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半，经测试，满足该公式限定的光学成像镜头，其镜头像面扩大的同时，压缩镜头的总长使镜头的设计更加小型化以及轻量化。
进一步地，所述光学成像镜头满足如下条件式：
LCA/EFL<2.500E-02；
其中，LCA表示所述光学成像镜头在436nm～870nm波段的轴上色差，EFL 表示所述光学成像镜头的有效焦距。
进一步地，所述光学成像镜头满足如下条件式：
LSA/EFL<1.500E-02；
其中，LSA表示所述光学成像镜头在830nm至870nm波段的轴上球差，EFL 表示所述光学成像镜头的有效焦距。
进一步地，所述光学成像镜头还满足如下条件式：
1.2<R3/TTL<2.4；
0.6<R5/TTL<1.2；
其中，R3表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R5表示所述第三透镜物侧面的曲率半径，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。
进一步地，所述光学成像镜头满足如下条件式：
0°<(CRA)max<4°；
其中，(CRA)max表示所述光学成像镜头全视场主光线在像面上入射角的最大值。
进一步地，所述光学成像镜头满足如下条件式：
5<TTL/CT3<6；
其中，CT3表示所述第三透镜在光轴上的中心厚度，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。
进一步地，所述光学成像镜头满足如下条件式：
9<TTL/T4<12；
其中，T4表示所述光阑与所述第四透镜在光轴上的间隔距离，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。
进一步地，所述光学成像镜头满足如下条件式：
3.5<Vd5/Vd4<4.5；
其中，Vd4表示所述第四透镜的阿贝数，Vd5表示所述第五透镜的阿贝数。
进一步地，所述光学成像镜头满足如下条件式：
-12°<|φ10|-arctan[S10/(R102-S102)1/2]<12°；
-5°<|φ11|-arctan[S11/(R112-S112)1/2]<5°；
其中，φ10表示所述第六透镜物侧面在有效半口径处的面心角，φ11表示所述第六透镜像侧面在有效半口径处的面心角，S10表示所述第六透镜物侧面的有效半口径，S11表示所述第六透镜像侧面的有效半口径，R10表示所述第六透镜物侧面的曲率半径，R11表示所述第六透镜像侧面的曲率半径。
进一步地，所述滤光片同时镀有可见光增透膜和近红外增透膜。
本发明还提出一种成像设备，包括如上所述的光学成像镜头以及成像元件，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。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明第一实施例提出的光学成像镜头的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提出的光学成像镜头的场曲示意图，其中，图中横轴表示偏移量(单位：毫米)，纵轴表示视场角(单位：度)；
图3为本发明第一实施例提出的光学成像镜头的畸变示意图，其中，图中横轴表示畸变百分比，纵轴表示视场角(单位：度)；
图4为本发明第一实施例提出的光学成像镜头在436nm～870nm波段内的轴向色差图，其中，图中横轴表示偏移量(单位：毫米)，纵轴表示归一化光瞳；
图5为本发明第一实施例提出的光学成像镜头在436nm～640nm波段内的轴向色差图；
图6为本发明第一实施例提出的光学成像镜头在830nm～870nm波段内的轴向色差图；
图7为本发明第二实施例提出的光成像设备的结构示意图。
主要符号说明：
Figure BDA0002342524000000041
Figure BDA0002342524000000051
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。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。
现有的部分光学镜头，虽然能够满足超广角以及在白天可见光下具有良好的成像效果，但是在近红外光主动照明下的成像性能却不能满足需求。
为了解决这一技术问题，本发明提出一种光学成像镜头，包括沿光轴从物侧到成像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及滤光片；
其中，上述的第一透镜具有负光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
上述的第二透镜具有负光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
上述的第三透镜具有正光焦度，物侧面以及像侧面均为凸面；
上述的第四透镜具有负光焦度，物侧面以及像侧面均为凹面；
上述的第五透镜具有正光焦度，物侧面以及像侧面均为凸面，其中第四透镜与第五透镜组成粘合透镜组；
上述的第六透镜具有正光焦度，物侧面以及像侧面均为凸面。
此外，在本发明中，上述的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜均为玻璃球面镜片，第六透镜为玻璃非球面镜片。
在本发明中，上述的光学成像镜头满足如下条件式：
5.6<TTL/ImgH<6.4； (1)
其中，TTL表示光学成像镜头的光学总长，ImgH表示光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半。满足条件式(1)，可以实现镜头像面扩大的同时，压缩镜头的总长，使镜头的设计更加小型化以及轻量化。
本发明提出的光学成像镜头，还满足以下条件式：
LCA/EFL<2.500E-02； (2)
其中，LCA表示光学成像镜头在436nm～870nm波段的轴上色差，EFL表示光学成像镜头的有效焦距。
本发明提出的光学成像镜头，还满足以下条件式：
LSA/EFL<1.500E-02； (3)
其中，LSA表示所述光学成像镜头在830nm至870nm波段的轴上球差，EFL 表示所述光学成像镜头的有效焦距。满足条件式(2)以及条件式(3)，可使光学成像镜头在可见光波段以及近红外光波段成像的焦面位置差异在3um内，有效保证了镜头在可见光波段及近红外光波段的良好成像质量，确保镜头在可见光与近红外共焦。
本发明提出的光学成像镜头，还满足以下条件式：
1.2<R3/TTL<2.4； (4)
0.6<R5/TTL<1.2； (5)
其中，R3表示第二透镜物侧面的曲率半径，R5表示第三透镜物侧面的曲率半径，TTL表示光学成像镜头的光学总长。满足条件式(4)和(5)，可改变第二透镜物侧面和第三透镜物侧面的二次反射鬼像的光瞳像在焦面上的相对位置，通过控制曲率半径可以使得鬼像的光瞳像远离焦面，有效降低鬼像的相对能量值，提高镜头成像画面的质量。
本发明提出的光学成像镜头，还满足以下条件式：
0°<(CRA)max<4°； (6)
其中，(CRA)max表示光学成像镜头全视场主光线在像面上入射角的最大值。在本发明中，满足条件式(6)，可有利于提升全视场的MTF值，使不同视场之间的MTF离焦曲线更集中，且拍摄的图像画面会更加清晰。
本发明提出的光学成像镜头，还满足以下条件式：
5<TTL/CT3<6； (7)
其中，CT3表示第三透镜在光轴上的中心厚度，TTL表示光学成像镜头的光学总长。在本发明中，满足条件式(7)，可通过增加第三透镜的镜片厚度，更好的矫正光学镜头中的场曲。
本发明提出的光学成像镜头，还满足以下条件式：
9<TTL/T4<12； (8)
其中，T4表示光阑与第四透镜在光轴上的间隔距离T4，TTL表示光学成像镜头的光学总长。在本发明中，满足条件式(8)，可通过增大光阑与第四透镜之间的间距使后端光学系统远离光阑，不同视场的物方光线在光阑孔收束后以一定角度发散，会聚到更远的垂轴位置上，从而增大了像高。
本发明提出的光学成像镜头，还满足以下条件式：
3.5<Vd5/Vd4<4.5； (9)
其中，Vd4表示第四透镜的阿贝数，Vd5表示第五透镜的阿贝数。满足条件式(9)，通过增大第四透镜和第五透镜之间的阿贝数差值，更有利于色差的消除。
本发明提出的光学成像镜头，还满足以下条件式：
-12°<|φ10|-arctan[S10/(R102-S102)1/2]<12°； (10)
-5°<|φ11|-arctan[S11/(R112-S112)1/2]<5°； (11)
其中，φ10表示所述第六透镜物侧面在有效半口径处的面心角，φ11表示所述第六透镜像侧面在有效半口径处的面心角，S10表示所述第六透镜物侧面的有效半口径，S11表示所述第六透镜像侧面的有效半口径，R10表示所述第六透镜物侧面的曲率半径，R11表示所述第六透镜像侧面的曲率半径。在本发明中，同时满足条件式(10)以及条件式(11)，可使得第六透镜的镜片中心到边缘光焦度的变化趋势更接近正余弦函数，在温度变化时，所有视场的离焦曲线会更加聚拢，有利于改善镜头的温度性能。
本发明提出的光学成像镜头中，上述滤光片同时镀有可见光增透膜和近红外增透膜。通过特殊的镀膜工艺在滤光片上镀可见光增透膜和红外截止膜，能够更好的满足镜头在可见光与近红外光波段双带通的特性，从而使得本发明光学成像镜头可以同时适用于可见光与近红外光波段的成像需求。
本发明实施例中的光学成像镜头的非球面的表面形状均满足下列方程：
Figure BDA0002342524000000081
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。
在一些实施方式中，本发明还提出一种成像设备，包括如上所述的光学成像镜头以及成像元件，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。
实施例1：
下面以一个具体的实施例，对本发明提出的光学成像镜头的结构组成进行更加详细地说明。
请参阅图1至图7，为本发明第一实施例提出的光学成像镜头，包括沿光轴从物侧到成像面S14依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑ST、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6以及滤光片G1；
其中，第一透镜L1具有负光焦度，物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面；
第二透镜L2具有负光焦度，物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面；
第三透镜L3具有正光焦度，物侧面S5以及像侧面S6均为凸面；
第四透镜L4具有负光焦度，物侧面S7以及像侧面S8均为凹面；
第五透镜L5具有正光焦度，物侧面S8以及像侧面S9均为凸面，其中，第四透镜L4与第五透镜L5组成粘合透镜组，第四透镜L4与第五透镜L5的粘合面S8；
第六透镜L6具有正光焦度，物侧面S10以及像侧面S11均为凸面。
此外，在本发明实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5均为玻璃球面镜片，第六透镜L6为玻璃非球面镜片。
本发明第一实施例中提供的光学成像镜头中各个镜片的相关参数如下表1 所示。
表1：
表面序号 表面类型 曲率半径(mm) 厚度(mm) 折射率 阿贝数
物面 球面 无穷 无穷
S1 球面 9.769 0.867 1.80 46.6
S2 球面 3.237 2.235
S3 球面 32.722 0.380 1.73 54.7
S4 球面 2.093 1.227
S5 球面 11.437 3.173 1.90 31.3
S6 球面 -4.408 0.179
ST 球面 无穷 1.693
S7 球面 -26.753 0.386 1.95 17.9
S8 球面 4.530 1.935 1.59 68.5
S9 球面 -4.530 0.073
S10 非球面 5.702 2.314 1.59 61.3
S11 非球面 -7.627 0.680
S12 球面 无穷 0.800 1.52 64.2
S13 球面 无穷 1.899
S14 球面 无穷
本发明第一实施例提出的光学成像镜头中各透镜非球面的参数如表2所示。
表2：
Figure BDA0002342524000000091
请参阅表3，表3为上述实施例中对应的光学特性，包括系统的有效焦距EFL、光学总长TTL、最大视场角FOV、光圈值F#和前面所述每个条件式对应的数值。
表3：
条件式 数值 条件式 数值
FOV(°) 200.6 F# 2.0
TTL(mm) 17.841 ImgH(mm) 2.083
TTL/ImgH 6.365 EFL(mm) 1.574
LCA 2.732E-02 LCA/EFL 1.736E-02
LSA 1.010E-02 LSA/EFL 6.417E-03
R3/TTL 1.834 R5/TTL 0.641
(CRA)max 1.083° TTL/CT3 5.623
TTL/T4 10.538 Vd5/Vd4 3.819
|φ10| 23.720° S10 3.136
|φ11| 21.553° S11 3.201
|φ10|-arctan[S10/(R10<sup>2</sup>-S10<sup>2</sup>)<sup>1/2</sup>] -9.646° |φ11|-arctan[S11/(R11<sup>2</sup>-S11<sup>2</sup>)<sup>1/2</sup>] -3.262°
在本实施例中，光学成像镜头的场曲、畸变分别如图2、图3所示。
由图2可以看出，该光学成像镜头的场曲值均位于±0.07mm范围内，表明场曲和像散都得到了很好的校正。
由图3可以看出，该光学成像镜头的畸变在2.0％以内，表明镜头在中心和边缘视场的畸变都较小，畸变得到了很好的校正。
图4-6分别为本实施例提供的光学成像镜头在选取波段内同一焦面位置处的轴向色差图，由图4-6可以看出，在可见光及近红外波段436nm～870nm内，该实施例提供的光学成像镜头在同一焦面位置处的轴向色差小于0.025毫米，说明该光学成像镜头在可见光及红外波段均成像良好。
综上所述，与现有技术相比，本发明提供的光学成像镜头至少具有小型化、低畸变以及可见光与近红外共焦等优点，尤其是在可见光与近红外波段均具有良好的成像效果，能够满足驾驶监控系统的使用需求。
实施例2：
本实施例提供的一种成像设备200的结构示意图，请参阅图7，包括实施例1中的光学成像镜头100及成像元件210。成像元件210可以是CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor，互补性金属氧化物半导体)图像传感器，还可以是CCD(Charge CoupledDevice，电荷耦合器件)图像传感器。
成像设备200可以是运动相机、全景相机、车载摄像头以及其它任意一种形态的装载了光学成像镜头的电子设备。
本实施例提供的成像设备200包括光学成像镜头100，由于光学成像镜头具有小型化、低畸变以及可见光与近红外共焦等优点，因此，该成像设备200具有小型化、低畸变以及可见光与近红外共焦等优点。
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 (10)

1.一种光学成像镜头，其特征在于，包括沿光轴从物侧到成像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及滤光片；
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；
所述第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第三透镜具有正光焦度，其物侧面以及像侧面均为凸面；
所述第四透镜具有负光焦度，其物侧面以及像侧面均为凹面；
所述第五透镜具有正光焦度，其物侧面以及像侧面均为凸面，其中，所述第四透镜与所述第五透镜组成粘合透镜组；
所述第六透镜具有正光焦度，其物侧面以及像侧面均为凸面；
其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜均为玻璃球面镜片，所述第六透镜为玻璃非球面镜片；
所述光学成像镜头满足如下条件式：
5.6<TTL/ImgH<6.4；
-12°<|φ10|-arctan[S10/(R102-S102)1/2]<12°；
-5°<|φ11|-arctan[S11/(R112-S112)1/2]<5°；
其中，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，ImgH表示光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半，φ10表示所述第六透镜物侧面在有效半口径处的面心角，φ11表示所述第六透镜像侧面在有效半口径处的面心角，S10表示所述第六透镜物侧面的有效半口径，S11表示所述第六透镜像侧面的有效半口径，R10表示所述第六透镜物侧面的曲率半径，R11表示所述第六透镜像侧面的曲率半径。
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如下条件式：
LCA/EFL<2.5×10-2；
其中，LCA表示所述光学成像镜头在436nm～870nm波段的轴上色差，EFL表示所述光学成像镜头的有效焦距。
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如下条件式：
LSA/EFL<1.5×10-2；
其中，LSA表示所述光学成像镜头在830nm至870nm波段的轴上球差，EFL表示所述光学成像镜头的有效焦距。
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如下条件式：
1.2<R3/TTL<2.4；
0.6<R5/TTL<1.2；
其中，R3表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R5表示所述第三透镜物侧面的曲率半径，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。
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如下条件式：
0°<(CRA)max<4°；
其中，(CRA)max表示所述光学成像镜头全视场主光线在像面上入射角的最大值。
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如下条件式：
5<TTL/CT3<6；
其中，CT3表示所述第三透镜在光轴上的中心厚度，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。
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如下条件式：
9<TTL/T4<12；
其中，T4表示所述光阑与所述第四透镜在光轴上的间隔距离，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如下条件式：
3.5<Vd5/Vd4<4.5；
其中，Vd4表示所述第四透镜的阿贝数，Vd5表示所述第五透镜的阿贝数。
9.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述滤光片同时镀有可见光增透膜和近红外增透膜。
10.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的光学成像镜头以及成像元件，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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