CN113900221A - 一种光学镜头 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学镜头，该光学镜头包括由物侧至像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、孔径光阑、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜以及滤光片；其中，第一透镜与第二透镜为弯月透镜，第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第七透镜为双凸透镜，第六透镜为双凹透镜。本申请通过采用从物侧至像侧依次排列的七个具有特定结构的透镜，通过七个透镜的特定的光焦度的分配和组合，以使光学镜头能够具有大靶面成像、成像高清、畸变控制能力强以及成像特性出色的特点。

Description

一种光学镜头

技术领域

本申请涉及光学成像领域，特别是涉及一种光学镜头。

背景技术

光学镜头在智能安防领域中得到越来越多的应用，尤其是智能楼宇、智能交通等领域，而光学镜头的像像素要求越来越高，以满足光学镜头适用于日夜两用的需求。

现有技术中的光学镜头多采用定焦光学镜头，一方面，其成像靶面小以及光圈小，同时光学镜头由多块光学透镜组合形成，导致光学镜头的尺寸增大，并且成像质量较差。另一方面，现有的定焦光学镜头无法实现红外共焦，不能满足光学镜头在超星光应用上的发展需求。

发明内容

本申请提供了一种光学镜头，该光学镜头包括由物侧至像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、孔径光阑、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜以及滤光片；

其中，第一透镜与第二透镜为弯月透镜，第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第七透镜为双凸透镜，第六透镜为双凹透镜。

可选地，第一透镜的像侧面为凹面，第二透镜的物侧面为凹面。

可选地，第一透镜、第二透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜均为塑胶非球面镜片。

可选地，光学镜头满足下列关系式：

其中，f₄为第四透镜的焦距，f为光学镜头的焦距，FOV为光学镜头的视场角。

可选地，光学镜头满足下列关系式：

f₁≤-5.5；

f₂≤-5.9；

f₄≤10；

其中，f₁为第一透镜的焦距，f₂为第二透镜的焦距，f₄为第四透镜的焦距。

可选地，第二透镜、第四透镜与第六透镜均为玻璃镜片，光学镜头满足下列关系式：

V_d2≤65；

V_d4≥30；

V_d6≤55；

其中，V_d2为第二透镜的阿贝数，V_d4为第四透镜的阿贝数，V_d6为第六透镜的阿贝数。

可选地，第二透镜、第三透镜、第五透镜与第六透镜均为玻璃镜片，光学镜头满足下列关系式：

N_d2≤1.65；

N_d3≤2.01；

N_d5≤1.65；

N_d6≥1.53；

其中，N_d2为第二透镜的折射率，N_d3为第三透镜的折射率，N_d5为第五透镜的折射率，N_d6为第六透镜的折射率。

可选地，光学镜头满足下列关系式：

其中，R2为第一透镜的像侧面的中心曲率半径，R3为第二透镜的物侧面的中心曲率半径。

可选地，光学镜头满足下列关系式：

其中，BFL为光学镜头的光学后焦，TTL为光学镜头的系统总长度，TTL小于或等于21.9mm。

可选地，光学镜头像面尺寸的直径大于等于6.6mm，光学镜头的光圈小于或等于1.2mm。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请通过采用从物侧至像侧依次排列的七个具有特定结构的透镜，通过七个透镜的特定的光焦度的分配和组合，以使光学镜头能够具有大靶面成像、成像高清、畸变控制能力强以及成像特性出色的特点。同时，光学镜头通过有限数量的透镜实现高分辨率的成像，有效降低生产成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请光学镜头一实施例的结构示意图；

图2是本申请光学镜头在可见光波段常温状态的光学传递函数曲线图；

图3是本申请光学镜头在红外波段常温状态的光学传递函数曲线图；

图4是本申请光学镜头在可见光波段的场曲和畸变图；

图5是本申请光学镜头在可见光波段的横向光扇图；

图6是本申请光学镜头在可见光波段的点列图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供的光学镜头做进一步详细描述。可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本申请提供一种光学镜头，以实现光学镜头拥有高成像质量、低生产成本、小镜头尺寸以及高综合性能的特点。请参阅图1，图1是本申请光学镜头一实施例的结构示意图。如图1所示，光学镜头1包括由物侧至像侧依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、孔径光阑STOP、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7以及滤光片11。

其中，第一透镜L1具有负光焦度，且第一透镜L1为弯月透镜。进一步地，第一透镜L1的像侧面为凹面；第二透镜L2具有负光焦度，且第二透镜L2为弯月透镜。进一步地，第二透镜L2的物侧面为凹面；第三透镜L3具有正光焦度，且第三透镜L3为双凸透镜；第四透镜L4具有正光焦度，且第四透镜L4为双凸透镜；第五透镜L5具有正光焦度，且第五透镜L5为双凸透镜；第六透镜L6具有负光焦度，且第六透镜L6为双凹透镜；第七透镜L7具有正光焦度的第七透镜，且第七透镜L7为双凸透镜。

具体地，光焦度表征光学系统对入射平行光束的屈折本领，光焦度的数值越大，平行光束折得越厉害；光焦度>0时，即正光焦度的透镜所产生的屈折是会聚性的；光焦度<0时，即负光焦度的透镜所产生的屈折是发散性的。

区别于现有技术中多采用8片、9片甚至更多的光学透镜所组成的光学镜头，本实施例光学镜头1通过具有特定结构的七块透镜即可实行高质量成像，在提升成像质量的同时，减小整个光学镜头1的尺寸，以完成光学镜头1的小型化的设计要求。

进一步地，本申请第一透镜L1、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以及第七透镜L7中的任意一个可为球面镜片或非球面镜片。

具体地，在本实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7可均为塑胶非球面镜片，此时第三透镜L3与第四透镜L4可为球面镜片或非球面镜片。

可选地，在其他实施例中，第一透镜L1可为球面镜片，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以及第七透镜L7可均为非球面镜片；或，第二透镜L2可为非球面镜片，第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7可均为球面镜片；或，第一透镜L1与第二透镜L2可均为球面镜片，第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7可均为非球面镜片；或，第一透镜L1与第二透镜L2可均为非球面镜片，第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7可均为球面镜片，等等。其中，球面镜片的数量可为一个或多个，非球面镜片的数量可为一个或多个。

其中，在本实施例中，第一透镜L1的焦距f₁≤-5.5，第二透镜L2的焦距f₂≤-5.9，第四透镜L4的焦距f₄≤10。同时，光学镜头1满足下列关系式：

其中，f为光学镜头1的焦距，FOV为光学镜头1的视场角。

进一步地，光学镜头1还满足下列关系式：

其中，R2为第一透镜L1的像侧面的中心曲率半径，R3为第二透镜L2的物侧面的中心曲率半径。

进一步地，光学镜头1还满足下列关系式：

其中，BFL为光学镜头1的光学后焦，TTL为光学镜头1的系统总长度，TTL小于或等于21.9mm。

可选地，在本申请的一实施例中，第二透镜L2、第四透镜L4与第六透镜L6均为玻璃镜片。其中，第二透镜L2的阿贝数V_d2≤65；第四透镜L4的阿贝数V_d4≥30；第六透镜L6的阿贝数V_d6≤55。

此时，第一透镜L1、第三透镜L3、第五透镜L5以及第七透镜L7可为塑胶透镜或者玻璃透镜。例如，第一透镜L1为塑胶透镜，第三透镜L3、第五透镜L5以及第七透镜L7均为玻璃透镜；或，第一透镜L1为玻璃透镜，第三透镜L3、第五透镜L5以及第七透镜L7均为塑胶透镜；或，第一透镜L1和第三透镜L3均为玻璃透镜，第五透镜L5以及第七透镜L7均为塑胶透镜，等等。其中，第一透镜L1、第三透镜L3、第五透镜L5以及第七透镜L7可任意组合，使用相同的透镜材料制备。

可选地，在本申请的一实施例中，第二透镜L2、第三透镜L3、第五透镜L5与第六透镜L6均为玻璃镜片。其中，第二透镜L2的折射率N_d2≤1.65；第三透镜L3的折射率N_d3≤2.01；第五透镜L5的折射率N_d5≤1.65；第六透镜L6的折射率N_d6≥1.53。

此时，第一透镜L1、第四透镜L4以及第七透镜L7可为塑胶透镜或者玻璃透镜。例如，第一透镜L1为塑胶透镜，第四透镜L4以及第七透镜L7均为玻璃透镜；或，第一透镜L1为玻璃透镜，第四透镜L4以及第七透镜L7均为塑胶透镜；或，第一透镜L1和第四透镜L4均为玻璃透镜，第七透镜L7为塑胶透镜；或，第一透镜L1和第四透镜L4均为塑胶透镜，第七透镜L7为玻璃透镜；或，第一透镜L1、第四透镜L4以及第七透镜L7均为塑胶透镜；或，第一透镜L1、第四透镜L4以及第七透镜L7均为玻璃透镜。

可选地，本申请提供两个具体实施例，在第一具体实施例中，光学镜头1的第一透镜L1、第二透镜L2、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7的曲率半径R、中心厚度T_c、折射率N_d、阿贝常数V_d和圆锥系数k如表一所示。

表一进一步地，非球面圆锥系数可通过以下非球面公式进行限定：

其中，Z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。本实施例根据上述公式，可得到表二所示的系数数据。

表二

其中，上述表一和表二中的镜面序号1和2分别为第一透镜L1的物侧面和像侧面；镜面序号3和4分别为第二透镜L2的物侧面和像侧面；镜面序号5和6分别为第三透镜L3的物侧面和像侧面；镜面序号7为第四透镜L4的物侧面；镜面序号STOP为孔径光栅STOP，由于孔径光栅STOP设置于第四透镜L4与第五透镜L5之间，则孔径光栅STOP相当于第四透镜L4的像侧面；镜面序号9和10分别为第五透镜L5的物侧面和像侧面，镜面序号11和12分别为第六透镜L6的物侧面和像侧面，镜面序号13和14分别为第七透镜L7的物侧面和像侧面，镜面序号15和16分别为滤光片11的物侧面和像侧面，镜面序号IMA为光学镜头1的成像面。

在第一具体实施例中，光学镜头1具有如下的光学技术指标：光学镜头1的系统总长度TTL≤21.9mm；光学镜头1的镜头焦距f为3.1mm；光学镜头1的视场角为124°；光学镜头1的光学畸变为-45％；光学镜头1的光圈FNO≤1.1；光学镜头1的像面尺寸≥φ6.6mm，即光学镜头1像面尺寸的直径≥6.6mm。

在第二具体实施例中，光学镜头1的第一透镜L1、第二透镜L2、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7的曲率半径R、中心厚度T_c、折射率N_d、阿贝常数V_d和圆锥系数k如表三所示。

表三

进一步地，非球面圆锥系数可通过以下非球面公式进行限定：

其中，Z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。本实施例根据上述公式，可得到表四所示的系数数据。

表四

其中，上述表三和表四中的镜面序号1和2分别为第一透镜L1的物侧面和像侧面；镜面序号3和4分别为第二透镜L2的物侧面和像侧面；镜面序号5和6分别为第三透镜L3的物侧面和像侧面；镜面序号7为第四透镜L4的物侧面；镜面序号STOP为孔径光栅STOP，由于孔径光栅STOP设置于第四透镜L4与第五透镜L5之间，则孔径光栅STOP相当于第四透镜L4的像侧面；镜面序号9和10分别为第五透镜L5的物侧面和像侧面，镜面序号11和12分别为第六透镜L6的物侧面和像侧面，镜面序号13和14分别为第七透镜L7的物侧面和像侧面，镜面序号15和16分别为滤光片11的物侧面和像侧面，镜面序号IMA为光学镜头1的成像面。

在第二具体实施例中，光学镜头1具有如下的光学技术指标：光学镜头1的系统总长度TTL≤21.9mm；光学镜头1的镜头焦距f为3.0mm；光学镜头1的视场角为112°；光学镜头1的光学畸变为-30％；光学镜头1的光圈FNO≤1.2；光学镜头1的像面尺寸≥φ6.6mm，即光学镜头1像面尺寸的直径≥6.6mm。

结合图1，进一步参阅图2，图2是本申请光学镜头在可见光波段常温状态的光学传递函数曲线图。如图2所示，光学镜头1在可见光部分常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、较为集中，而且全视场(半像高Y’＝3.3mm)MTF平均值达到0.6以上；可见本实施例提供的光学镜头1能够达到较高的成像要求。

结合图1，进一步参阅图3，图3是本申请光学镜头在红外波段常温状态的光学传递函数曲线图。如图3所示，光学镜头1在红外部分常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图同样较平滑、较为集中，而且全视场(半像高Y’＝3.3mm)MTF平均值达到0.5以上；可见本实施例提供的光学镜头1在可见光和红外同时可以达到较好的成像效果，能够满足红外共焦的设计。

结合图1，进一步参阅图4，图4是本申请光学镜头在可见光波段的场曲和畸变图。如图4(a)所示，光学镜头1的场曲控制在±0.05mm以内。场曲又称“像场弯曲”，当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。T代表子午场曲，S代表弧矢场曲。场曲曲线显示作为视场坐标函数的当前的焦平面或像平面到近轴焦面的距离，子午场曲数据是沿着Z轴测量的从当前所确定的聚焦面到近轴焦面的距离，并且是在子午(YZ面)上测量的。弧矢场曲数据测量的是在与子午面垂直的平面上测量的距离，示意图中的基线是在光轴上，曲线顶部代表最大视场(角度或高度)，在纵轴上不设置单位，这是因为曲线总是用最大的径向视场来归一化的。

如图4(b)所示，光学镜头1畸变控制较好，在-45％以内。图4参考多个波长(0.436mm、0.486mm、0.546mm、0.587mm和0.656mm)的曲线在图4(a)中发生了重合。一般来说，镜头畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真对于照片的成像质量是非常不利的，毕竟摄影的目的是为了再现，而非夸张，但因为这是透镜的固有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线)，所以无法消除，只能改善。由图4(b)可见，本实施例提供的定焦镜头畸变仅为-45％，这样设置畸变是为了平衡焦距，视场角及对应相机靶面的大小，畸变造成的形变可以通过后期图像处理对其进行校正。

结合图1，进一步参阅图5，图5是本申请光学镜头在可见光波段的横向光扇图。其中，图5为5个视角下光学镜头1的横向光扇图。如图5所示，横向光扇图中曲线较为集中，光学镜头1的球差及色散也控制较好。

结合图1，进一步参阅图6，图6是本申请光学镜头在可见光波段的点列图。其中，图6为5个视角下光学镜头1的点列图。如图6所示，光学镜头1的光斑半径较小，也比较集中，对应的像差和慧差也很好。

综上可知，本申请光学镜头1的七个具有特定结构的透镜的光焦度分布合理，七个透镜的形状便于加工，加工性好；同时使用塑胶镜片结合玻璃镜片，有效降低生产成本。

其次，本申请光学镜头1的成像面尺寸最大支持直径为6.6mm的sensor(CCD/CMOS)相机，同时全视场MTF值在100lp/mm情况下，能够达到0.6以上，相较于现有定焦光学镜头的成像靶面小，大多数集中在1/2.7英寸及以下，本申请光学镜头1能够满足设备高分辨率的需求，以及出色的成像特性。

此外，相较于市面上现有的光圈较小、F数均为1.3及以上，并且无法实现红外共焦的定焦镜头，本申请光学镜头1的镜头光圈较大，F数为1.1，满足超星光级镜头的设计，特别适用低照度条件下的监控需求，同时实现红外共焦，跨越满足日夜两用。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学镜头，其特征在于，所述光学镜头包括由物侧至像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、孔径光阑、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜以及滤光片；

其中，所述第一透镜与所述第二透镜为弯月透镜，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜以及所述第七透镜为双凸透镜，所述第六透镜为双凹透镜。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的像侧面为凹面，所述第二透镜的物侧面为凹面。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第七透镜均为塑胶非球面镜片。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足下列关系式：

其中，f₄为所述第四透镜的焦距，f为所述光学镜头的焦距，FOV为所述光学镜头的视场角。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足下列关系式：

f₁≤-5.5；

f₂≤-5.9；

f₄≤10；

其中，f₁为所述第一透镜的焦距，f₂为所述第二透镜的焦距，f₄为所述第四透镜的焦距。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜、所述第四透镜与所述第六透镜均为玻璃镜片，所述光学镜头满足下列关系式：

V_d2≤65；

V_d4≥30；

V_d6≤55；

其中，V_d2为所述第二透镜的阿贝数，V_d4为所述第四透镜的阿贝数，V_d6为所述第六透镜的阿贝数。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜与所述第六透镜均为玻璃镜片，所述光学镜头满足下列关系式：

N_d2≤1.65；

N_d3≤2.01；

N_d5≤1.65；

N_d6≥1.53；

其中，N_d2为所述第二透镜的折射率，N_d3为所述第三透镜的折射率，N_d5为所述第五透镜的折射率，N_d6为所述第六透镜的折射率。

8.根据权利要求1-7任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足下列关系式：

其中，R2为所述第一透镜的像侧面的中心曲率半径，R3为所述第二透镜的物侧面的中心曲率半径。

9.根据权利要求1-7任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足下列关系式：

其中，BFL为所述光学镜头的光学后焦，TTL为所述光学镜头的系统总长度，TTL小于或等于21.9mm。

10.根据权利要求1-7任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头像面尺寸的直径大于等于6.6mm，所述光学镜头的光圈小于或等于1.2mm。

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