CN113433676A

CN113433676A - 光学成像镜头及成像设备

Info

Publication number: CN113433676A
Application number: CN202110991885.6A
Authority: CN
Inventors: 尚博文; 鲍宇旻; 曾吉勇
Original assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2041-08-27
Also published as: CN113433676B

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：光阑；具有正光焦度或负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；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；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凹面；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜均为塑胶非球面镜片，且各透镜的光学中心均位于同一直线上。该光学成像镜头具有小型化、低成本、成像品质高的优点。

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

随着图像和计算机视觉技术的不断成熟，以及人们对驾驶安全需求的不断提高，车载摄像头的市场需求呈爆发性的增长。通过搭载在车辆上的前视、后视、环视等车载镜头，可以获取车辆内外的全方位信息，从而帮助驾驶者作出正确的驾驶行为。

由于汽车的应用环境复杂多变且安全性能要求较高，对搭载在车辆中的车载镜头提出了更高的要求，例如应用于车辆前视的镜头，由于是安装在前风挡玻璃后面，因此要求镜头的外形尺寸和前端口径更加趋于小型化；同时还需要足够的解像力，以清楚的记录车辆前方的道路信息。

然而现有市场上大多车辆前视镜头普通采用全玻镜片设计，从而导致体积较大，成本较高等问题，不利于市场推广应用；同时镜头的解像低，难以满足上述要求。

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，至少具有小型化、低成本、成像品质高的优点。

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：光阑；具有正光焦度或负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；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；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凹面；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜均为塑胶非球面镜片，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，采用三片塑胶非球面镜片，第一透镜主要用于光线的收集，第二透镜主要用于球差、慧差以及像散的矫正，第三透镜主要用于像散和场曲等像差的矫正，同时用于实现对光线出射角的控制；光阑的作用为限制通光口径，本发明中将光阑设置于第一透镜之前，可使入瞳位置前移，使光阑对畸变的影响为零，同时有效地减小镜头的口径；塑胶非球面镜片的使用，一方面可以有效地矫正系统的球差等像差，另一方面可以有效减小镜头的口径，实现镜头的小型化，同时可大大降低生产成本。本发明的光学成像镜头通过三片塑胶非球面镜片的合理搭配，使镜头满足小型化、轻量化的前提下，具有较小的视场以及较高细节分辨能力，满足现有车载监控系统中低成本、高解像力的使用需求。

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MTF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为本发明第一实施例中的光学成像镜头的光学畸变曲线图；

图5为本发明第二实施例中的光学成像镜头的结构示意图；

图6为本发明第二实施例中的光学成像镜头的MTF曲线图；

图7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8为本发明第二实施例中的光学成像镜头的光学畸变曲线图；

图9为本发明第三实施例中的光学成像镜头的结构示意图；

图10为本发明第三实施例中的光学成像镜头的MTF曲线图；

图11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12为本发明第三实施例中的光学成像镜头的光学畸变曲线图；

图13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。

在本文中，近光轴处是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近光轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近光轴区域为凹面。

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光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜以及滤光片。

其中，第一透镜具有正光焦度或负光焦度，第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；

第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凸面；

第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凹面；

光阑设置于第一透镜之前，可使入瞳位置前移，使光阑对畸变的影响为零，同时有效地减小镜头的口径，实现镜头的小型化；

滤光片设置于第三透镜与成像面之间，该滤光片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、第二透镜和第三透镜均为塑胶非球面镜片，采用全塑胶镜片，可有效降低生产成本、减小镜头体积。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

0.18<BFL/TTL<0.45；（1）

其中，BFL表示第三透镜的像侧面至成像面在光轴上的距离，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足条件式（1），能够合理控制镜头的后焦距离，有利于镜头的安装使用，降低镜头与芯片间的组装干涉。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

CT1/TTL<0.1；（2）

0.12＜CT2/TTL<0.3；（3）

0.2＜CT3/TTL<0.3；（4）

其中，CT1表示第一透镜的中心厚度，CT2表示第二透镜的中心厚度，CT3表示第三透镜的中心厚度，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足条件式（2）至（4），能够合理的配置各透镜在光轴上的中心厚度，有利于实现镜头的小型化。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

1.5<CT2/CT1＜6.0；（5）

其中，CT1表示第一透镜的中心厚度，CT2表示第二透镜的中心厚度。满足上述条件式（5），通过合理调配第一透镜与第二透镜的厚度比值，有利于镜片成型，提高产品良率。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

-8<R3/R4＜0；（6）

0.4<f2/f＜0.6；（7）

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，f2表示第二透镜的有效焦距，f表示所述光学成像镜头的有效焦距。满足上述条件式（6）和（7），可使第二透镜为双凸的正光焦度透镜，有利于系统球差和慧差的矫正，提高成像质量。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

-4＜R5/R6＜-2；（8）

-1.0<f3/f＜-0.8；（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，f3表示第三透镜的有效焦距，f表示所述光学成像镜头的有效焦距。满足上述条件式（8）和（9），可使第三透镜为双凹的负光焦度透镜，有利于系统像散和场曲等像差的矫正，提高整体的成像质量。与此同时，满足上述条件式（7）和（9），可以使第二透镜和第三透镜的光焦度满足正负透镜相互配合来矫正场曲，通过合理分配光焦度，可使镜头成像性能较稳定，适用于较广的温度范围；同时还可实现对鬼影的有效控制，满足车载镜头的成像质量要求。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

0.3＜DT32/ImgH<0.9；（10）

其中，DT32表示第三透镜的像侧面的有效半径，ImgH表示所述光学成像镜头像面上有效像素区域对角线长的一半。满足条件式（10），能够控制第三透镜中心与周边的形状变化，以利于实现系统的小型化，同时缩短光学成像系统的后焦距。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

2.5＜f/ImgH＜2.9；（11）

2.05mm＜tan(HFOV)×f＜2.25mm；（12）

其中，f表示所述光学成像镜头的有效焦距，ImgH表示所述光学成像镜头的成像面上有效像素区域对角线长的一半，HFOV表示所述光学成像镜头的最大半视场角。满足条件式（11）和（12），能够使系统具有大像面的同时，保证系统具有较长的焦距，同时具有较小的视场，使镜头具有长焦性能以及较小的畸变，从而能够实现在较远距离内的高清成像。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

1＜R1/R2＜2；（13）

0.025/°＜DT11/ImgH/HFOV＜0.04/°；（14）

其中，DT11表示第一透镜的物侧面的有效半径，ImgH表示所述光学成像镜头的成像面上有效像素区域对角线长的一半，HFOV表示所述光学成像镜头的最大半视场角，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。满足条件式（13）和（14），通过合理设置第一透镜的面型以及有效口径，可保证镜头的前端具有较小的口径，更好的实现镜头的小型化。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

-3×10^-5/(℃*mm)＜(dn/dt)2/f2+(dn/dt)3/f3＜-5×10^-6/(℃*mm)；（15）

其中，(dn/dt)2表示第二透镜的材料折射率温度系数，(dn/dt)3表示第三透镜的材料折射率温度系数，f2表示第二透镜的有效焦距，f3表示第三透镜的有效焦距。满足条件式（15），能够有效地补偿温度变化对镜头焦距的影响，提升镜头的解像力在不同温度下的稳定性。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足条件式：

40＜(V1+V2+V3)/3＜50；（16）

其中，V1表示第一透镜的阿贝数，V2表示第二透镜的阿贝数，V3表示第三透镜的阿贝数。满足条件式（16），能够使第一透镜、第二透镜和第三透镜使用高阿贝数低色散的材料，达到减小光学系统的色差的目的。

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。

本发明各个实施例中非球面透镜的面型满足如下方程：

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表示圆锥系数，h表示光轴到曲面的距离，B、C、D、E、F、G、H分别表示四阶、六阶、八阶、十阶，十二阶，十四阶，十六阶曲面系数。

本发明提供的光学成像镜头中的第一透镜、第二透镜和第三透镜均为塑胶非球面透镜，并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，提高整组镜头的解像力。另外，塑胶材料的使用，可以有效的降低制造成本，减轻了镜头的重量，提高了产品竞争力。

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：光阑ST、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及滤光片G1。

第一透镜L1具有正光焦度，第一透镜的物侧面S1在近光轴处为凸面，第一透镜的像侧面S2为凹面；

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

第三透镜L3具有负光焦度，第三透镜的物侧面S5为凹面，第三透镜的像侧面S6为凹面；

光阑ST设置于第一透镜L1之前，可使入瞳位置前移，使光阑对畸变的影响为零，同时有效地减小镜头的口径。

其中，第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3均为塑胶非球面镜片，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

本实施例中的光学成像镜头100中的各非球面的面型系数如表2所示。

表2

本实施例中的光学成像镜头100中的性能参数如表3所示。

表3

在本实施例中，光学成像镜头100的MTF曲线图、垂轴色差图、光学畸变图分别如图2、图3、图4所示。

请参阅图2，光学成像镜头100在空间频率为83（周期/毫米）时，整体解像大于0.4，说明镜头具备良好的解像性能。

请参阅图3，光学成像镜头100在最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±0.5μm以内，说明该镜头的垂轴色差得到很好的矫正。

请参阅图4，光学成像镜头100的光学畸变在-6%以内，且为负值，说明镜头的畸变得到良好的矫正。

第二实施例

请参阅图5，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，本实施例中光学成像镜头200与第一实施例中的光学成像镜头100的结构大致相同，不同之处在于：第一透镜L1具有负光焦度，以及各镜片间间隔、曲率半径、圆锥系数、材质等参数有所差异，具体各透镜的参数如下表4所示。

表4

本实施例中的光学成像镜头200中的各非球面的面型系数如表5所示。

表5

本实施例中的光学成像镜头200中的性能参数如表6所示。

表6

在本实施例中，光学成像镜头200的MTF曲线图、垂轴色差图、光学畸变图分别如图6、图7、图8所示。

请参阅图6，光学成像镜头200在空间频率为83（周期/毫米）时，整体解像大于0.55，说明镜头具备良好的解像性能。

请参阅图7，光学成像镜头200在最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±1.5μm以内，说明该镜头的垂轴色差得到很好的矫正。

请参阅图8，光学成像镜头200的光学畸变在-6%以内，且为负值，说明镜头的畸变得到良好的矫正。

第三实施例

请参阅图9，所示为本发明第三实施例提供的光学成像镜头300的结构示意图，本实施例中光学成像镜头300与第一实施例中的光学成像镜头100的结构大致相同，不同之处在于：第一透镜L1具有负光焦度，以及各镜片间间隔、曲率半径、圆锥系数、材质等参数有所差异，具体各透镜的参数如下表7所示。

表7

本实施例中的光学成像镜头300的各非球面的面型系数如表8所示。

表8

本实施例中的光学成像镜头300中的性能参数如表9所示。

表9

在本实施例中，光学成像镜头300的MTF曲线图、垂轴色差图、光学畸变图分别如图10、图11、图12所示。

请参阅图10，光学成像镜头300在空间频率为83（周期/毫米）时，整体解像大于0.7，说明镜头具备良好的解像性能。

请参阅图11，光学成像镜头300在最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±1μm以内，说明该镜头的垂轴色差得到很好的矫正。

请参阅图12，光学成像镜头300的光学畸变在-5%以内，且为负值，说明镜头的畸变得到良好的矫正。

表10是上述3个实施例中每个条件式对应的数值。

表10

综上所述，本发明的光学成像镜头采用三片塑胶透镜，通过合理分配各透镜的光焦度、面型、中心厚度等，使得镜头在实现良好成像质量的同时，具有小型化、低成本以及高解像等有益效果。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。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，全塑胶材料的使用，有效的降低了制造成本，提高了产品的竞争力。

第四实施例

请参阅图13，所示为本发明第四实施例提供的成像设备400，该成像设备400可以包括成像元件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。

该成像设备400可以是车载摄像头、监控设备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、成像品质高的优点，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、成像品质高的优点。

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：

光阑；

具有正光焦度或负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；

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；

具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凹面；

其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜均为塑胶非球面镜片，且各透镜的光学中心均位于同一直线上。

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：

0.18<BFL/TTL<0.45；

其中，BFL表示所述第三透镜的像侧面至成像面在光轴上的距离，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条件式：

CT1/TTL<0.1；

0.12＜CT2/TTL<0.3；

0.2＜CT3/TTL<0.3；

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，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条件式：

1.5<CT2/CT1＜6.0；

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度。

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：

-8<R3/R4＜0；

0.4<f2/f＜0.6；

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，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f表示所述光学成像镜头的有效焦距。

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：

-4＜R5/R6＜-2；

-1.0<f3/f＜-0.8；

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，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f表示所述光学成像镜头的有效焦距。

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条件式：

0.3＜DT32/ImgH<0.9；

其中，DT32表示所述第三透镜的像侧面的有效半径，ImgH表示所述光学成像镜头的成像面上有效像素区域对角线长的一半。

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条件式：

2.5＜f/ImgH＜2.9；

2.05mm＜tan(HFOV)×f＜2.25mm；

其中，f表示所述光学成像镜头的有效焦距，ImgH表示所述光学成像镜头的成像面上有效像素区域对角线长的一半，HFOV表示所述光学成像镜头的最大半视场角。

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条件式：

1＜R1/R2＜2；

0.025/°＜DT11/ImgH/HFOV＜0.04/°；

其中，DT11表示所述第一透镜的物侧面的有效半径，ImgH表示所述光学成像镜头的成像面上有效像素区域对角线长的一半，HFOV表示所述光学成像镜头的最大半视场角，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。

10.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：

-3×10^-5/(℃*mm)＜(dn/dt)2/f2+(dn/dt)3/f3＜-5×10^-6/(℃*mm)；

其中，(dn/dt)2表示所述第二透镜的材料折射率温度系数，(dn/dt)3表示所述第三透镜的材料折射率温度系数，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距。

11.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：

40＜(V1+V2+V3)/3＜50；

其中，V1表示所述第一透镜的阿贝数，V2表示所述第二透镜的阿贝数，V3表示所述第三透镜的阿贝数。

12.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-11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。