CN113467060B - 光学镜头及成像设备 - Google Patents

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CN113467060B CN202111029249.1A CN202111029249A CN113467060B CN 113467060 B CN113467060 B CN 113467060B CN 202111029249 A CN202111029249 A CN 202111029249A CN 113467060 B CN113467060 B CN 113467060B
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Abstract

本发明提供了一种光学镜头及成像设备，属于光学成像的技术领域；所述光学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；光阑；具有正光焦度的第二透镜；具有光焦度的第三透镜；具有光焦度的第四透镜；具有正光焦度的第五透镜；具有负光焦度的第六透镜；以及具有光焦度的第七透镜；其中，第一透镜、第七透镜为玻璃非球面透镜，第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜为玻璃球面透镜；光学镜头满足条件式：1.82＜TTL/D＜1.93，其中，TTL代表光学镜头的光学总长，D代表光学镜头的最大光学口径，该光学镜头具有长焦距、高分辨率、大光圈特点。所述成像设备包括光学镜头和将光学图像转换为电信号的成像元件。

Description

光学镜头及成像设备
技术领域
本发明涉及光学成像的技术领域，特别涉及一种光学镜头及成像设备。
背景技术
随着ADAS(Advanced Driving Assistant System，高级驾驶辅助系统)越来越多地被应用在汽车上，车载摄像头的应用也越来越广泛，安全驾驶对车载摄像头的需求也越来越大，而光学镜头是车载摄像头中的一个重要组成部件。
随着电子技术的发展，车载用图像传感器也推陈出新，朝着高像素方向发展，目前常规的车载镜头分辨率低，难以匹配当前高像素、高分辨率的8M芯片，无法满足市场的需求。
发明内容
本发明旨在发明一种光学镜头，用以匹配当前高像素、高分辨率的8M芯片。
本发明实施例提供了一种光学镜头，共七片透镜，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，其物侧面为凹面或者凸面，像侧面为凸面或凹面；
光阑；
具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面或者凸面，像侧面为凸面；
具有光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面或者凸面，像侧面为凹面；
具有光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面，像侧面凹面或者凸面；
具有正光焦度的第五透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面或者凸面；
具有负光焦度的第六透镜，其物侧面为凸面或者凹面，像侧面为凹面；
以及具有光焦度的第七透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
其中，所述第三透镜与所述第四透镜胶合为胶合体，所述第五透镜与所述第六透镜胶合为胶合体；所述第一透镜、所述第七透镜为玻璃非球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为玻璃球面透镜，且各个透镜的光学中心位于同一直线上；
所述光学镜头满足条件式：1.82＜TTL/D＜1.93，其中，TTL代表所述光学镜头的光学总长，D代表所述光学镜头的最大光学口径。
进一步地，所述光学镜头满足条件式：BFL/TTL＞0.13；其中，BFL表示所述第七透镜的像侧面顶点到像面的距离。
进一步地，所述光学镜头满足条件式：|f5/f6|≤1.65；其中，f5表示所述第五透镜的有效焦距，f6表示所述第六透镜的有效焦距。
进一步地，所述光学镜头满足条件式：0.98＜Nd5/Nd6＜1.01、1.55＜Vd5/Vd6＜1.81；其中，Vd5表示所述第五透镜的阿贝数，Vd6表示所述第六透镜的阿贝数，Nd5表示所述第五透镜的折射率，Nd6表示所述第六透镜的折射率。
进一步地，所述光学镜头满足条件式：θ/IH2＜0.79°/mm²；其中，θ表示所述光学镜头的半视场角，IH表示在半视场角θ时所述光学镜头的像高。
进一步地，所述光学镜头满足条件式：CRAMAX＜18.6°；其中，CRAMAX表示所述光学镜头的最大主光线入射角。
进一步地，所述光学镜头满足条件式：TTL/f＜1.85；其中，f表示所述光学镜头的有效焦距。
进一步地，所述光学镜头满足条件式：|R21/R22|＜14.8；其中，R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。
相比现有技术，本申请有益效果为：采用七片透镜结构，通过优化设置镜片的形状、合理分配各镜片的光焦度以及形成胶合透镜等，实现光学镜头的高分辨率；相比于现有8M镜头，具有长焦距、高分辨率、大光圈的特点，特别是目前市场上现有镜头大都为1.8～2.0的光圈，本发明光学镜头光圈为1.4，通光量显著提升，让镜头在昏暗的环境下也有良好的成像效果，可以匹配当前高像素、高分辨率的8M芯片，满足市场的需求。
本发明另一实施例提供了一种成像设备，包括上述的所述光学镜头和成像元件，所述成像元件用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号。
相比现有技术，本申请有益效果为：所述成像采用上述高分辨率的光学镜头，可以匹配当前高像素、高分辨率的8M芯片，满足市场的需求。
附图说明
本发明的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：
图1为本发明第一实施例中光学镜头的截面结构示意图；
图2为本发明第一实施例中光学镜头的场曲图；
图3为本发明第一实施例中光学镜头的畸变图；
图4为本发明第一实施例中光学镜头的轴向色差图；
图5为本发明第一实施例中光学镜头的垂轴色差图；
图6为本发明第二实施例中光学镜头的截面结构示意图；
图7为本发明第二实施例中光学镜头的场曲图；
图8为本发明第二实施例中光学镜头的畸变图；
图9为本发明第二实施例中光学镜头的轴向色差图；
图10为本发明第二实施例中光学镜头的垂轴色差图；
图11为本发明第三实施例中光学镜头的截面结构示意图；
图12为本发明第三实施例中光学镜头的场曲图；
图13为本发明第三实施例中光学镜头的畸变图；
图14为本发明第三实施例中光学镜头的轴向色差图；
图15为本发明第三实施例中光学镜头的垂轴色差图；
图16为本发明第四实施例中光学镜头的截面结构示意图；
图17为本发明第四实施例中光学镜头的场曲图；
图18为本发明第四实施例中光学镜头的畸变图；
图19为本发明第四实施例中光学镜头的轴向色差图；
图20为本发明第四实施例中光学镜头的垂轴色差图；
图21为本发明第五实施例中光学设备的结构示意图。
主要元件符号说明：
Figure 279364DEST_PATH_IMAGE001
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。
本发明实施例提供了一种光学镜头，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，其物侧面为凹面或者凸面，像侧面为凸面或凹面；
光阑；
具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面或者凸面，像侧面为凸面；
具有光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面或者凸面，像侧面为凹面；
具有光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面，像侧面凹面或者凸面；
具有正光焦度的第五透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面或者凸面；
具有负光焦度的第六透镜，其物侧面为凸面或者凹面，像侧面为凹面；
以及具有光焦度的第七透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
在一些实施例中，所述第一透镜、所述第七透镜为玻璃非球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为玻璃球面透镜，且各个透镜的光学中心位于同一直线上。非球面镜片的特点是：从镜片中心到周边曲率是连续变化的。与从镜片中心到周边有恒定曲率的球面镜片不同，非球面镜片具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面镜片后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而提升镜头的成像质量。采用玻璃材质的镜片，可减小温度对镜头光学后焦的影响。
在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：1.82＜TTL/D＜1.93，其中，TTL代表所述光学镜头的光学总长，D代表所述光学镜头的最大光学口径。满足以上条件，可以有效减小镜头的体积，实现镜头小型化的特点。
在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：BFL/TTL＞0.13；其中，BFL表示所述第七透镜的像侧面顶点到像面的距离。满足以上条件，可以控制光学镜头的后焦与光学总长的比例关系，在镜头小型化的基础上增大其后焦，有利于后续光学模组的组装。
在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：|f5/f6|≤1.65；其中，f5表示所述第五透镜的有效焦距，f6表示所述第六透镜的有效焦距。满足以上条件，可以控制第五透镜与第六透镜的比例关系，使其有效焦距近似，一方面可以使光线平缓过渡，提升光学系统的成像质量，另一方面也有利于镜头热补偿的改善。
在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：0.98＜Nd5/Nd6＜1.01、1.55＜Vd5/Vd6＜1.81；其中，Vd5表示所述第五透镜的阿贝数，Vd6表示所述第六透镜的阿贝数，Nd5表示所述第五透镜的折射率，Nd6表示所述第六透镜的折射率。满足以上条件，通过增大第五透镜与第六透镜折射率与阿贝数的差值，有利于色差的消除。
在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：θ/IH2＜0.79°/mm²；其中，θ表示所述光学镜头的半视场角，IH表示在半视场角θ时所述光学镜头的像高。满足上述条件，可以使成像系统拥有正畸变，代表镜头在边缘视场有更大的像高，在拍摄的相片拉伸后，可以使边缘视场有更好的成像效果。满足上述条件，可以使成像系统拥有正畸变，代表镜头在边缘视场有更大的像高，在拍摄的相片拉伸后，可以使边缘视场有更好的成像效果。
在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：CRAMAX＜18.6°；其中，CRAMAX表示所述光学镜头的最大主光线入射角。满足以上条件，可以使镜头CRA与芯片CRA更匹配，提升芯片的感光效率。
在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：TTL/f＜1.85；其中，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足以上条件，在保证系统长焦距的同时，可以实现镜头小型化的特点。
在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：|R21/R22|＜14.8；其中，R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。满足以上条件，通过控制第二透镜物像面曲率半径的比例关系，可以收集到更多的光线，显著增加光学系统的通光量实现镜头大光圈的特点。
在一些实施例中，所述第三透镜和所述第四透镜胶合为胶合体，且第五透镜和所述第六透镜胶合为胶合体。
在一些实施方式中，所述成像镜头满足：所述第一透镜、第七透镜为玻璃非球面透镜，所述第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜均为玻璃球面透镜。
本发明中各个实施例中所述成像镜头的非球面的表面形状均满足下列方程：
Figure 811976DEST_PATH_IMAGE002
，
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。
在以下各个实施例中，光学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。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。本领域的技术人员应当理解，在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下，可改变构成镜头的透镜数量，来获得本说明书中描述的各个结果和优点。例如，虽然在实施方式中以七个透镜为例进行了描述，但是该光学镜头不限于包括七个透镜。如果需要，该光学镜头还可包括其它数量的透镜。
第一实施例
请参阅图1，本发明第一实施例提供的一种光学镜头从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1、光阑ST、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、滤光片G1。
第一透镜L1具有负光焦度，且其物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面，具体地，第一透镜L1是玻璃非球面透镜；
第二透镜L2具有正光焦度，且其物侧面S3为凹面，像侧面S4为凸面，具体地，第二透镜L2是玻璃球面透镜；
第三透镜L3具有负光焦度，且其物侧面S5和像侧面S6均为凹面；
第四透镜L4具有正光焦度，且其物侧面S6和像侧面S7均为凸面，具体地，第三透镜L3与第四透镜L4胶合为粘合体且均为玻璃球面透镜；
第五透镜L5具有正光焦度，且其物侧面S8为凸面，像侧面S9为凹面；
第六透镜L6具有负光焦度，且其物侧面S9为凸面，像侧面S10为凹面，具体地，第五透镜L5与第六透镜L6胶合为粘合体且均为玻璃球面透镜；
第七透镜L7具有正光焦度，且其物侧面S11为凸面，像侧面S12为凹面，具体地，第七透镜L7为玻璃非球面透镜。
其中，滤光片G1设于第七透镜L7与成像面S15之间。本发明第一实施例中提供的光学镜头100结构中各个镜片的相关参数如表1-1所示。
表 1-1
Figure 276455DEST_PATH_IMAGE003
本发明第一实施例提供的光学镜头中各非球面的面型系数如表1-2所示。
表1-2
Figure 210913DEST_PATH_IMAGE004
在本实施例中，其场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差分别如图2、图3、图4和图5所示。本实施例中F-Theta畸变最大为1.50%；垂轴色差最大为2.58μm。
第二实施例
请参阅图6，所示为本实施例提供的一种光学镜头200的结构图。本实施例当中的光学镜头200与第一实施例当中的光学镜头100大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的光学镜头第五透镜像侧面为凸面，各透镜的曲率半径不同，具体各个透镜的相关参数参见表2-1所示。
本发明第二实施例提供的光学镜头中各透镜的相关参数如表2-1所示。
表 2-1
Figure 735436DEST_PATH_IMAGE005
本发明第二实施例提供的光学镜头中各非球面的面型系数如表2-2所示。
表 2-2
Figure 755344DEST_PATH_IMAGE006
在本实施例中，其场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差分别如图7、图8、图9和图10所示。由图7至图10可以看出，本实施例中F-Theta畸变最大为1.47%；垂轴色差最大为2.63μm。
第三实施例
请参阅图11，所示为本实施例提供的一种光学镜头300的结构图。本实施例当中的光学镜头300与第一实施例当中的光学镜头100大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的光学镜头300的第一透镜L1物侧面S1为凹面，像侧面S2为凸面；第二透镜L2的物侧面S3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3-1所示。
本发明第三实施例提供的光学镜头中各透镜的相关参数如表3-1所示。
表 3-1
Figure 757935DEST_PATH_IMAGE007
本发明第三实施例提供的光学镜头中各非球面的面型系数如表3-2所示。
表 3-2
Figure 546900DEST_PATH_IMAGE008
在本实施例中，其场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差分别如图12、图13、图14和图15所示。本实施例中F-Theta畸变最大为1.47%；垂轴色差最大为2.12μm。
第四实施例
请参阅图16，所示为本实施例提供的一种光学镜头400的结构图。本实施例当中的光学镜头400与第一实施例当中的光学镜头100大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的光学镜头400的第一透镜L1物侧面S1为凹面，像侧面S2为凸面；第二透镜L2的物侧面S3为凸面，第三透镜L3的物侧面S5为凸面，第四透镜L4的像侧面S7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4-1所示。
本发明第三实施例提供的光学镜头中各透镜的相关参数如表4-1所示。
表 4-1
Figure 242323DEST_PATH_IMAGE009
本发明第三实施例提供的光学镜头中各非球面的面型系数如表4-2所示。
表 4-2
Figure 749528DEST_PATH_IMAGE010
在本实施例中，其场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差分别如图17、图18、图19和图20所示。本实施例中F-Theta畸变最大为1.56%；垂轴色差最大为2.32μm。
表5是3个实施例及其对应的光学特性，包括光学镜头的有效焦距f、光圈数F#、光学镜头的半视场角θ和光学镜头的光学总长TTL，以及与前面每个条件式对应的数值。
表 5
Figure 290231DEST_PATH_IMAGE011
综合上述实施例，均达到了以下的光学指标：(1)视场角：2θ＞35°；(2)光学总长：TTL≤28mm；(3)适用光谱范围为：440nm～650nm。
本发明提供的光学镜头中，第一透镜L1用于光线收集，减小入射光线的入射角，有利于减小镜头体积和便于成像系统后续对像差的矫正。第二透镜L2可以接收更多的光线，增大通光量。所述第三透镜L3、第四透镜L4配合用于发散光线，增大最终成像面的像高。所述第五透镜L5和所述第六透镜L6组成的粘合体正负透镜阿贝数Vd差值较大，可以有效矫正色差，所述第七透镜L7为非球面镜片，可以有效矫正畸变，并起到消除像差和控制主光线的出射角度的作用。本发明采用七片透镜结构，通过优化设置镜片的形状、合理分配各镜片的光焦度以及形成胶合透镜等，实现光学镜头的高分辨率；相比于现有8M镜头，具有长焦距、高分辨率、大光圈的特点，特别是目前市场上现有镜头大都为1.8～2.0的光圈，本发明光学镜头光圈为1.4，通光量显著提升，让镜头在昏暗的环境下也有良好的成像效果，可以匹配当前高像素、高分辨率的8M芯片，满足市场的需求
第五实施例
如图21所示,本实施例提供一种成像设备500,包括上述任一实施例中的车载摄像镜头(例如光学镜头100)及成像元件50,成像元件50将所述光学镜头100形成的光学图像转换为电信号。
进一步地，所述成像元件50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。
进一步地，所述成像设备500可以是车载摄像机、车载监控器等。
本实施例提供的成像设备500包括光学镜头100,由于光学镜头100采用玻璃球面与非球面相结合的方式,更好地校正了成像系统的各种像差,因此本实施例提供的成像设备500具备分辨率高、成像效果好等特性。
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 (9)

1.一种光学镜头，共七片透镜，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透镜，其物侧面为凹面或者凸面，像侧面为凸面或凹面；
光阑；
具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面或者凸面，像侧面为凸面；
具有光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面或者凸面，像侧面为凹面；
具有光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面，像侧面凹面或者凸面；
具有正光焦度的第五透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面或者凸面；
具有负光焦度的第六透镜，其物侧面为凸面或者凹面，像侧面为凹面；
以及具有光焦度的第七透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
其中，所述第三透镜和所述第四透镜胶合为胶合体，且第五透镜和所述第六透镜胶合为胶合体；所述第一透镜、所述第七透镜为玻璃非球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为玻璃球面透镜，且各个透镜的光学中心位于同一直线上；
所述光学镜头满足条件式：1.82＜TTL/D＜1.93，其中，TTL代表所述光学镜头的光学总长，D代表所述光学镜头的最大光学口径。
2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：BFL/TTL＞0.13；其中，BFL表示所述第七透镜的像侧面顶点到像面的距离。
3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：|f5/f6|≤1.65；其中，f5表示所述第五透镜的有效焦距，f6表示所述第六透镜的有效焦距。
4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：0.98＜Nd5/Nd6＜1.01、1.55＜Vd5/Vd6＜1.81；其中，Vd5表示所述第五透镜的阿贝数，Vd6表示所述第六透镜的阿贝数，Nd5表示所述第五透镜的折射率，Nd6表示所述第六透镜的折射率。
5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：θ/IH2＜0.79°/mm²；其中，θ表示所述光学镜头的半视场角，IH表示在半视场角θ时所述光学镜头的像高。
6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：CRAMAX＜18.6°；其中，CRAMAX表示所述光学镜头的最大主光线入射角。
7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：TTL/f＜1.85；其中，f表示所述光学镜头的有效焦距。
8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：|R21/R22|＜14.8；其中，R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。
9.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的光学镜头和成像元件，所述成像元件用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号。
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