CN113267881B

CN113267881B - 光学成像镜头及成像设备

Info

Publication number: CN113267881B
Application number: CN202110810996.2A
Authority: CN
Inventors: 张歆越; 王克民; 曾吉勇
Original assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2041-07-19
Also published as: CN113267881A

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透镜，其物侧面与像侧面均为凹面；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面与像侧面均为凸面；光阑；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面，且第四透镜和第五透镜组成粘合透镜组；其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均为玻璃球面镜片。该光学成像镜头具有大像面、大光圈和高照度的优点。

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

ADAS（Advanced Driver Assistant System，高级驾驶辅助系统）以车载摄像镜头作为关键器件，能够实时感知车辆周边的路况情况，实现前向碰撞预警、车道偏移报警和行人检测等功能。ADAS系统对所搭载的车载镜头要求极高，首先要求其通光能力强，能适应外界环境的明暗变化，同时要求镜头有较高的成像清晰度，能有效分辨道路环境的细节，同时要求镜头能够对发射或反射不同波长单色光的物体(如交通信号灯、公路标识信息等)具有良好的分辨能力，以满足智能驾驶系统的特殊要求。

随着自动驾驶技术的发展，ADAS已经成了汽车的标配，单车搭载摄像头的数量从2~3颗增长到10~20颗，在保证成像性能需求的同时对成本也有要求。然而，现有市场上的大多镜头的镜片数目较多，且非球面镜片使用多，生产成本一直居高不下；因此，开发一种镜片数少且可以配合ADAS的高解像力、大像面、大光圈、高照度的光学镜头是当务之急。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学成像镜头及成像设备，至少具有大像面、大光圈和高照度的优点。

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：第一透镜，第二透镜，光阑，第三透镜，第四透镜，第五透镜和滤光片；所述第一透镜具有负光焦度，其物侧面与像侧面均为凹面；所述第二透镜具有正光焦度，其物侧面与像侧面均为凸面；所述第三透镜具有正光焦度，其物侧面为凹面，其像侧面为凸面；所述第四透镜具有正光焦度，其物侧面与像侧面均为凸面；所述第五透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，其像侧面为凸面，且所述第四透镜和所述第五透镜组成粘合透镜组；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为玻璃球面镜片；所述光学成像镜头满足条件式：6.0<TTL/IH<6.3，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，IH表示所述光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半。

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。

相较现有技术，本发明提供的光学成像镜头及成像设备，通过各镜片面型的合理配置以及光焦度的合理搭配，使镜头在实现良好成像质量的同时，具有大像面、大光圈以及方便组装等有益效果。而且全部使用玻璃透镜，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。

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的光学成像镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的光学成像镜头的垂轴色差图；

图3为本发明第一实施例的光学成像镜头的畸变曲线图；

图4为本发明第一实施例的光学成像镜头的相对照度图；

图5为本发明第二实施例的光学成像镜头的垂轴色差图；

图6为本发明第二实施例的光学成像镜头的畸变曲线图；

图7为本发明第二实施例的光学成像镜头的相对照度图；

图8为本发明第三实施例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，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，第五透镜，以及滤光片；

第一透镜具有负光焦度，其物侧面和像侧面均为凹面；

第二透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；

第三透镜具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；

第四透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；

第五透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面，第四透镜和第五透镜组成粘合透镜组；

其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均为玻璃球面镜片。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

6.0<TTL/IH<6.3；（1）

其中，TTL表示光学成像镜头的光学总长，IH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。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

F#≤1.6；（2）

其中，F#表示所述光学成像镜头的光圈数。通过将光阑设置在第二透镜和第三透镜之间，可以使光学成像镜头具有更大的光圈，能够使镜头在明暗变化环境中依然具有清晰的成像能力。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

8°<(CRA)_max<10°；（3）

其中，(CRA)_max表示光学成像镜头的全视场主光线在成像面上入射角的最大值。满足条件式（3），可以使镜头的CRA与芯片感光元件的CRA更匹配，提高芯片感光效率。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

20<TTL/T12<40；（4）

20<TTL/T23<40；（5）

200<TTL/T34<300；（6）

其中，T12表示第一透镜和第二透镜在光轴上的间隔距离，T23表示第二透镜和第三透镜在光轴上的间隔距离，T34表示第三透镜和第四透镜在光轴上的间隔距离，TTL表示光学成像镜头的光学总长。满足条件式（4）至（6），通过合理设置各透镜间的空气间隔，可以压缩光学镜头的总长，实现镜头体积的小型化。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

2.5<Vd4/Vd5<4；（7）

0.8<Nd4/Nd5<0.9；（8）

其中，Vd4表示第四透镜的阿贝数，Vd5表示第五透镜的阿贝数，Nd4表示第四透镜的折射率，Nd5表示第五透镜的折射率。第四透镜和第五透镜组成胶合透镜，满足条件式（7）至（8），通过增大第四透镜和第五透镜之间的阿贝数差值、折射率差值，更有利于色差的消除。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

1.2<R6/R5<1.4；（9）

其中，R5表示第三透镜的物侧面的曲率半径，R6表示第三透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（9），通过控制第三透镜两面的曲率半径比值，使第三透镜的形状呈弯月形，达到矫正场曲的作用，提升解像力。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-2.1<f5/f4<-1.8；（10）

其中，f4表示第四透镜的焦距，f5表示第五透镜的焦距。满足条件式（10），通过合理控制第四透镜与第五透镜的焦距比值，达到矫正像散的作用。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

-1.3<R1/f<-1.2；（11）

0.1<(R1+R2)/(R1-R2)<0.2；（12）

其中，R1表示第一透镜的物侧面的曲率半径，R2表示第一透镜的像侧面的曲率半径，f表示光学成像镜头的焦距。满足条件式（11）和（12），通过控制第一透镜的面型，可以改变第一透镜的物侧面二次反射鬼像的光瞳像在焦面上的相对位置，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。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

-1.5<R4/f<-0.9；（13）

0.3<(R3+R4)/(R3-R4)<0.35；（14）

其中，R3表示第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示第二透镜的像侧面的曲率半径，f表示光学成像镜头的焦距。满足条件式（13）和（14），能够合理控制第二透镜的面型，有利于降低鬼像的相对能量值，同时降低第二透镜的敏感度，提高所述光学镜头的生产良率。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

BFL/TTL>0.35；（15）

其中，BFL表示所述光学成像镜头的光学后焦，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足条件式（15），通过合理的分配光学后焦的占比，在保证镜头具有较小总长的同时，有效增加系统的光学后焦，降低镜头与成像芯片间的组装难度。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中，光学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。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中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，第五透镜L5，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、第一透镜的像侧面S2均为凹面；

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

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；

第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7、第四透镜的像侧面均为凸面；

第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面为凹面、第五透镜的像侧面S9为凸面，第四透镜L4和第五透镜L5组成粘合透镜组，即第四透镜的像侧面和第五透镜的物侧面的胶合面为S8；

其中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5均为玻璃球面镜片；

请参阅表1，为本发明实施例中提供的光学成像镜头100中各个镜片的相关参数。

表1

请参照图2、图3和图4，所示分别为本实施例中光学成像镜头100的垂轴色差图、畸变曲线图和相对照度图。

图2的垂轴色差曲线表示短波色差和长波色差之间的差值。其中，图2中横轴表示偏移量（单位：微米），纵轴表示视场角（单位：度）。从图2中可以看出，短波色差和长波色差之间的差值控制在4.5微米以内，说明光学成像镜头的垂轴色差矫正良好。

图3的畸变曲线表示成像面上不同像高处的畸变。其中，图3中横轴表示光学畸变值（单位：百分比），纵轴表示视场角(单位：度)。从图3中可以看出，成像面上最大像高处的光学畸变控制在-25%~0的范围内，并且为负畸变值，说明光学成像镜头的光学畸变较小。

图4的相对照度曲线表示不同视场的相对照度值。其中，图4中横轴表示Y视场（单位：角度），纵轴表示相对照度。从图4中可以看出，在最大视场的相对照度值依然大于0.9，说明光学成像镜头的通光量非常均匀。

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提供的光学成像镜头100的结构大致相同，不同之处主要在于，各透镜的曲率半径、厚度、材料选择等参数不同。

请参照表2，所示为本发明第二实施例提供的光学成像镜头中各个镜片的相关参数。

表2

请参照图5、图6和图7，所示分别为本实施例中光学成像镜头的垂轴色差图、畸变曲线图和相对照度图。从图5中可以看出，短波色差和长波色差之间的差值控制在3.5微米以内，说明光学成像镜头的垂轴色差矫正良好。从图6中可以看出，成像面上最大像高处的光学畸变控制在-25%~0的范围内，说明光学成像镜头的光学畸变较小。从图7中可以看出，在最大视场的相对照度值依然大于0.9，说明光学成像镜头的通光量非常均匀。

表3是上述实施例中对应的光学特性，包括系统的焦距f、光学总长TTL、视场角FOV、光圈数F#和前面所述每个条件式对应的数值。

表3

第三实施例

请参阅图8，所示为本发明第三实施例提供的成像设备300，该成像设备300可以包括成像元件310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310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300可以是车载相机、监控相机以及其它任意一种形态的装载了上述光学成像镜头的电子设备。

本申请实施例提供的成像设备300包括光学成像镜头100，由于光学成像镜头100具有大像面、大光圈和高照度的优点，具有该光学成像镜头100的成像设备300也具有大像面、大光圈和高照度的优点。

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，所述光学成像镜头中透镜的数量为5片，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与像侧面均为凹面；

具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面与像侧面均为凸面；

光阑；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面，所述第五透镜的像侧面为凸面，且所述第四透镜和所述第五透镜组成粘合透镜组；

其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为玻璃球面镜片；

所述光学成像镜头满足条件式：

6.0<TTL/IH<6.3；

8°<(CRA)_max<10°；

其中，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，IH表示所述光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半，(CRA)_max表示所述光学成像镜头的全视场主光线在成像面上入射角的最大值。

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：

F#≤1.6；

其中，F#表示所述光学成像镜头的光圈数。

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：

20<TTL/T12<40；

20<TTL/T23<40；

200<TTL/T34<300；

其中，T12表示所述第一透镜和所述第二透镜在光轴上的间隔距离，T23表示所述第二透镜和所述第三透镜在光轴上的间隔距离，T34表示所述第三透镜和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。

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：

2.5<Vd4/Vd5<4；

0.8<Nd4/Nd5<0.9；

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，Nd4表示所述第四透镜的折射率，Nd5表示所述第五透镜的折射率。

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：

1.2<R6/R5<1.4；

其中，R5表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径，R6表示所述第三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：

-2.1<f5/f4<-1.8；

其中，f4表示所述第四透镜的焦距，f5表示所述第五透镜的焦距。

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：

-1.3<R1/f<-1.2；

0.1<(R1+R2)/(R1-R2)<0.2；

其中，R1表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R2表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径，f表示所述光学成像镜头的焦距。

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：

-1.5<R4/f<-0.9；

0.3<(R3+R4)/(R3-R4)<0.35；

其中，R3表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，f表示所述光学成像镜头的焦距。

9.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：

BFL/TTL>0.35；

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

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。