CN114002823B

CN114002823B - 光学成像镜头及成像设备

Info

Publication number: CN114002823B
Application number: CN202111594509.XA
Authority: CN
Inventors: 梁流峰; 鲍宇旻
Original assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Current assignee: Hefei Lianchuang Optical Co ltd
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2041-12-24
Also published as: CN114002823A

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，其物侧面为凹面，其像侧面为凸面；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；光阑；具有负光焦度的第三透镜，其物侧面和像侧面均为凹面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有正光焦度的第五透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第六透镜，其物侧面为凹面，其像侧面为凸面；其中，第三透镜与第四透镜组成粘合体。该光学成像镜头具有小型化、大光圈以及高解像力的优点。

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

随着人们对驾驶安全需求的不断提高，以及ADAS（高级驾驶辅助系统）技术的不断成熟，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，从而帮助驾驶者做出正确的驾驶行为，因此，镜头对于环境的适应性和成像稳定性成为汽车行驶过程中的安全保障。

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。同时由于车载系统的安装空间有限，因此对车载用的镜头体积要求不能太大。然而，现有市场上的大多镜头均不能很好的满足上述要求，因此，开发一种可以配合ADAS的大光圈、小型化、高解像力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，具有小型化、大光圈以及高解像力的优点，能够很好的满足车载系统中的使用需求。

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：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凹面，所述第一透镜的像侧面为凸面；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；光阑；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；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；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面为凹面，所述第六透镜的像侧面为凸面；其中，所述第三透镜与所述第四透镜组成粘合体。

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，通过合理设置六片具有特定光焦度的镜片，使镜头在实现良好成像质量的同时，具有热稳定性好、大光圈以及方便组装等有益效果；由于各透镜间厚度及空气间隔设置合理，不仅可以有效调节光线的分布，还能使镜头的结构较为紧凑；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场曲曲线图；

图3为本发明第一实施例的光学成像镜头的F-tanθ畸变曲线图；

图4为本发明第一实施例的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；

图5为本发明第二实施例的光学成像镜头的场曲曲线图；

图6为本发明第二实施例的光学成像镜头的F-tanθ畸变曲线图；

图7为本发明第二实施例的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；

图8为本发明第三实施例的光学成像镜头的场曲曲线图；

图9为本发明第三实施例的光学成像镜头的F-tanθ畸变曲线图；

图10为本发明第三实施例的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；

图11为本发明第四实施例的光学成像镜头的场曲曲线图；

图12为本发明第四实施例的光学成像镜头的F-tanθ畸变曲线图；

图13为本发明第四实施例的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；

图14为本发明第五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、第六透镜以及滤光片。

具体地，第一透镜为具有负光焦度的弯月形透镜，第一透镜的物侧面为凹面，第一透镜的像侧面为凸面。将第一透镜设置为负光焦度的弯月形透镜，不仅可以有效矫正镜头的球差和场曲，还可以使得收集的光线更加平缓的进入光学系统中。

第二透镜为具有正光焦度的双凸透镜，第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面。第二透镜可将通过第一透镜的光线聚集，将光线趋于平缓，向镜头后部过渡。

光阑设置在第二透镜与第三透镜之间，可有效增加通光孔径。

第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面和像侧面均为凹面。

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面，且第三透镜与第四透镜组成消色差的胶合透镜，可有效降低色差。

第五透镜具有正光焦度，第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面。

第六透镜具有负光焦度，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凸面。

滤光片设于第六透镜与成像面之间。

其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均为玻璃透镜。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：

2.5<TTL/f<3；（1）

0.8<D6/IH<0.9；（2）

其中，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，f表示所述光学成像镜头的焦距，D6表示第六透镜的有效口径，IH表示所述光学成像镜头的最大真实像高。满足上述条件式（1）、（2），在焦距和像高固定的情况下，能够更好地控制镜头的总长。当D6/IH的值超过下限值时，不利于镜头像差的控制，当D6/IH的值超过上限值时，不利于镜头后端的小型化。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：

0.1mm/°< IH/2θ<0.11mm/°；（3）

其中，IH表示所述光学成像镜头的最大真实像高，θ表示所述光学成像镜头的半视场角。满足上述条件式（3），能够使光学成像镜头在边缘视场拥有的像高位置更合适，可以有效控制镜头的畸变，提高镜头的边缘成像能力。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：

0.2<ENPD/TTL <0.25；（4）

其中，ENPD表示所述光学成像镜头的入瞳直径，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足上述条件式（4），可以增大光线进入镜头的孔径，让镜头能够适应明暗变化的环境。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：

0<R11/f1<0.3；（5）

0<R12/f1<0.3；（6）

-0.2<φ1/φ<0；（7）

其中，R11表示第一透镜的物侧面的曲率半径，R12表示第一透镜的像侧面的曲率半径，f1表示第一透镜的焦距，φ1表示第一透镜的光焦度，φ表示所述光学成像镜头的光焦度。满足上述条件式（5）至（7），设置第一透镜为朝向像侧面的弯月型透镜，不仅可有效减少所述光学成像镜头产生的球差，还可以使得收集的光线更加平缓的进入后续光学系统中。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：

-2<f3/f4<-1；（8）

其中，f3表示第三透镜的焦距，f4表示第四透镜的焦距。满足上述条件式（8），可合理设置胶合透镜中正负透镜的光焦度分配，有效矫正镜头的场曲及色差，提升镜头的解析力。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：

0.2<φ5/φ<1.0；（9）

-2<φ6/φ<-0.5；（10）

其中，φ5表示第五透镜的光焦度，φ6表示第六透镜的光焦度，φ表示所述光学成像镜头的光焦度。满足上述条件式（9）和（10），通过合理设置第五、六透镜的光焦度，可有效矫正镜头的场曲，提升镜头的解析力。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：

(CT12+CT23+CT45+CT56)/TTL<0.1；（11）

其中，CT12表示第一透镜与第二透镜在光轴上的间隔距离，CT23表示第二透镜与第三透镜在光轴上的间隔距离，CT45表示第四透镜与第五透镜在光轴上的间隔距离，CT56表示第五透镜与第六透镜在光轴上的间隔距离。满足上述条件式（11），通过合理设置各透镜间的空气间隔，不仅可以有效调节光线的分布，减小空气间隔的敏感度，同时通过设置各透镜间的空气间隔尽量小，还能使镜头的结构更加紧凑，更好实现镜头的小型化。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：

0<R61/R62<0.2；（12）

R62/f<-3；（13）

其中，R61表示第六透镜的物侧面的曲率半径，R62表示第六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。满足上述条件式（12）和（13），通过设置最后一个镜片第六透镜为朝向像侧面弯曲的弯月型透镜，可以改变第六透镜的像侧面二次反射鬼像的光瞳像在焦面上的相对位置，并且通过控制第六透镜的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。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：

0.25<CT1/TTL<0.3；（14）

其中，CT1表示第一透镜的中心厚度，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足上述条件式（14），通过设置第一透镜为中心厚度较厚的镜片，可使进入第一透镜的光线更加平缓的进入后续光学系统中，有利于矫正镜头的球差和场曲，提高镜头的解析力。

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，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：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、第六透镜L6、滤光片G1以及保护玻璃G2。

第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1为凹面，第一透镜的像侧面S2为凸面；

第二透镜L2具有正光焦度，第二透镜的物侧面S3和像侧面S4均为凸面；

第三透镜L3具有负光焦度，第三透镜的物侧面S5和像侧面均为凹面；

第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面S7为凸面；且第三透镜L3的像侧面和第四透镜L4的物侧面胶合以组成粘合透镜，其粘合面为S6；

第五透镜L5具有正光焦度，第五透镜的物侧面S8和像侧面S9均为凸面；

第六透镜L6具有负光焦度，第六透镜的物侧面S10为凹面，第六透镜的像侧面S11为凸面。

为使镜头具有更好的成像质量，本实施例的光学成像镜头100中的六个透镜均采用玻璃球面镜片；需要指出的是，其它能够实现良好成像质量的玻璃与塑胶材质搭配的镜片组合也是可行的。

本发明第一实施例所提供的光学成像镜头100中各个透镜的相关参数如表1所示。

表1

在本实施例中，光学成像镜头100的场曲图、F-tanθ畸变图、垂轴色差分别如图2、图3和图4所示。

图2的场曲曲线表示各波长成像面处光轴上的场曲，图中横轴表示各波长的场曲值（单位：毫米），纵轴表示视场角。由图2可以看出，各波长的场曲控制在±0.04毫米以内，说明该镜头能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

图3的畸变曲线表示成像面上不同像高所对应的畸变量，图中纵轴表示视场角，横轴表示畸变值。由图3可以看出，在全视场内光学成像镜头100的光学畸变在±15%以内，且为负畸变，说明畸变得到了很好的矫正。

图4的垂轴色差曲线表示最长波长与最短波长在成像面上不同像高处的色差，图中横轴表示轴向色差值（单位：微米），纵轴表示归一化视场角。由图4可以看出，垂轴色差的偏移量控制在±3.5微米以内，说明该镜头的垂轴色差得到了有效地矫正。

第二实施例

第二实施例的光学成像镜头的结构与第一实施例中的光学成像镜头100大抵相同，不同之处在于：本实施例中的光学成像镜头的各透镜的曲率半径、材料选择不同，具体各个透镜的相关参数如表2所示。

表2

在本实施例的光学成像镜头的场曲图、F-tanθ畸变图、垂轴色差图分别如图5、图6和图7所示。

由图5中可以看出，场曲偏移量控制在±0.04毫米以内，说明光学成像镜头能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

由图6可以看出，在全视场内光学成像镜头的光学畸变在±18%以内，且为负畸变，说明畸变得到了很好的矫正。

由图7中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±2.5微米以内，说明光学成像镜头的垂轴色差得到良好的矫正。

第三实施例

第三实施例的光学成像镜头的结构与第一实施例中的光学成像镜头100大抵相同，不同之处在于，各透镜的材料，曲率半径、厚度等也不同，具体各个透镜的相关参数如表3所示。

表3

在本实施例的光学成像镜头的场曲图、F-tanθ畸变图、垂轴色差图分别如图8、图9和图10所示。

由图8中可以看出，场曲偏移量控制在±0.04毫米以内，说明光学成像镜头能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

由图9可以看出，在全视场内光学成像镜头的光学畸变在±15%以内，且为负畸变，说明畸变得到了很好的矫正。

由图10中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±3微米以内，说明光学成像镜头的垂轴色差得到良好的矫正。

第四实施例

第四实施例的光学成像镜头的结构与第一实施例中的光学成像镜头100大抵相同，不同之处在于，各透镜的材料，曲率半径、厚度等也不同，具体各个透镜的相关参数如表4所示。

表4

在本实施例的光学成像镜头的场曲图、F-tanθ畸变图、垂轴色差图分别如图11、图12和图13所示。

由图11中可以看出，场曲偏移量控制在±0.04毫米以内，说明光学成像镜头能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

由图12可以看出，在全视场内光学成像镜头的光学畸变在±14%以内，且为负畸变，说明畸变得到了很好的矫正。

由图13中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±3微米以内，说明光学成像镜头的垂轴色差得到良好的矫正。

表5是上述四个实施例及其对应的光学特性，包括系统的焦距f、光圈数F#、视场角2θ和光学总长TTL，以及与前面每个条件式对应的数值。

表5

在上述各实施例中，本发明提供的光学成像镜头将第一透镜设置为弯月透镜可以有效减少光学成像镜头的球差和场曲；具有负光焦度的第二透镜把经过第一透镜的光线发散，将光线趋于平缓，向镜头后部过渡，有利于像差的矫正；第三、四透镜组成粘合体，并合理设置正负透镜光焦度的比值，可有效矫正色差；第五透镜和第六透镜有效矫正场曲。

综上所述，本发明提供的光学成像镜头通过合理设置六片具有特定光焦度的镜片，使镜头在实现良好成像质量的同时，具有热稳定性好、大光圈以及方便组装等有益效果；由于各透镜间厚度及空气间隔设置合理，不仅可以有效调节光线的分布，还能使镜头的结构较为紧凑；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。

第五实施例

请参阅图14，所示为本发明第五实施例提供的成像设备500，该成像设备500可以包括成像元件510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510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500可以是车载监控设备、安防设备、AR/VR设备、智能手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。

本实施例提供的成像设备500包括光学成像镜头100，由于光学成像镜头100具有小型化、大光圈以及高解像力的优点，具有光学成像镜头100的成像设备500也具有小型化、大光圈以及高解像力的优点。

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，共六片透镜，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，所述第一透镜的物侧面为凹面，所述第一透镜的像侧面为凸面；

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；

光阑；

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；

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；

具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面为凹面，所述第六透镜的像侧面为凸面；

其中，所述第三透镜与所述第四透镜组成粘合体；

所述光学成像镜头满足条件式：

0.25<CT1/TTL<0.3；

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。

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：

2.5<TTL/f<3；

0.8<D6/IH<0.9；

其中，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，f表示所述光学成像镜头的焦距，D6表示所述第六透镜的有效口径，IH表示所述光学成像镜头的最大真实像高。

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：

0.1mm/°< IH/2θ<0.11mm/°；

其中，IH表示所述光学成像镜头的最大真实像高，θ表示所述光学成像镜头的半视场角。

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：

0.2<ENPD/TTL <0.25；

其中，ENPD表示所述光学成像镜头的入瞳直径，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条件式：

0<R11/f1<0.3；

0<R12/f1<0.3；

-0.2<φ1/φ<0；

其中，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R12表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径，f1表示所述第一透镜的焦距，φ1表示所述第一透镜的光焦度，φ表示所述光学成像镜头的光焦度。

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：

-2<f3/f4<-1；

其中，f3表示所述第三透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距。

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条件式：

0.2<φ5/φ<1.0；

-2<φ6/φ<-0.5；

其中，φ5表示所述第五透镜的光焦度，φ6表示所述第六透镜的光焦度，φ表示所述光学成像镜头的光焦度。

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：

(CT12+CT23+CT45+CT56)/TTL<0.1；

其中，CT12表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的间隔距离，CT23表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的间隔距离，CT45表示所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的间隔距离，CT56表示所述第五透镜与所述第六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。

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：

0<R61/R62<0.2；

R62/f<-3；

其中，R61表示所述第六透镜的物侧面的曲率半径，R62表示所述第六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。

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。