CN114047597A - 定焦光学镜头及其成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种定焦光学镜头及其成像方法，所述镜头包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜；所述第一透镜、第二透镜、第六透镜为弯月负透镜，物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜为弯月正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凹面；第四透镜为弯月正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；第七透镜为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；所述第六透镜与第七透镜相互胶合成为双胶合透镜。本发明所涉及的光学系统结构合理，采用玻塑结构设计，相较于全玻系统制造成本更低、质量更轻；相对于全塑系统光学稳定性更佳。

Description

定焦光学镜头及其成像方法
技术领域：
本发明涉及一种定焦光学镜头及其成像方法。
背景技术：
基于ADAS(高级驾驶辅助系统)的“智能化”汽车开发是当今汽车产业的重要发展方向，而ADAS则主要依托于各型光学镜头来加强汽车对外界环境的感知能力，以实现对驾驶操作的有效辅助；这就要求所涉及到光学镜头不光具有优异的成像质量，还必须同时兼具大视场角、大孔径等光学特性以及优良的复杂环境适应性。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种定焦光学镜头及其成像方法，该定焦光学镜头兼具大视场角、大孔径，以及优良的复杂环境适应性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种定焦光学镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜；所述第一透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜为弯月正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第四透镜为弯月正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；第六透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第七透镜为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；所述第六透镜与第七透镜相互胶合成为双胶合透镜。
进一步的，所述光学系统的第一透镜、第五透镜由玻璃材质制成，其余透镜均由塑胶材质制成。
进一步的，所述光学系统的焦距为f，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距分别为f1、f2、f3、f4，f5、f6、f7其中f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7与f满足以下比例：-4.1<f1/f<-2.1，-3.5<f2/f<-2.1，6.2<f3/f<7.2，8.9<f4/f<11.7，1.6<f5/f<3.7，-18.6<f6/f<-16.6，12.4<f7/f<14.4。
进一步的，所述的第一透镜满足关系式：Nd≥1.9，Vd≤40.0；所述的第二透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；所述的第三透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤40.0；所述的第四透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤30.0；所述的第五透镜满足关系式：Nd≤1.5，Vd≥70.0；所述的第六透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤40.0；所述的第七透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
进一步的，所述第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜为非球面透镜，非球面曲线方程表达式为：
Figure BDA0003336032460000021
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8均为高次项系数。
进一步的，所述光学系统的光学总长度TTL与所述光学系统的焦距F之间满足：TTL/F≤9.2。
进一步的，所述光学系统的F数<1.80。
进一步的，所述第七透镜的后侧设有滤光片，所述滤光片的后侧设有保护玻璃。
进一步的，所述镜头的光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：EFFL＝1.74mm；(2)光圈F＝1.79；(3)视场角：2w≥210°；(4)成像圆直径大于φ6mm；(5)工作波段：可见光；(6)光学总长TTL≤16.0mm，光学后截距BFL≥2.9mm。
进一步的，所述镜头的光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：EFFL＝1.71mm；(2)光圈F＝1.79；(3)视场角：2w≥210°；(4)成像圆直径大于φ6mm；(5)工作波段：可见光；(6)光学总长TTL≤17.0mm，光学后截距BFL≥2.6mm。
进一步的，所述镜头的光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：EFFL＝1.74mm；(2)光圈F＝1.79；(3)视场角：2w≥210°；(4)成像圆直径大于φ6mm；(5)工作波段：可见光；(6)光学总长TTL≤17.0mm，光学后截距BFL≥2.9mm。
与现有技术相比，本系统具有以下效果：
(1)采用第一透镜、第五透镜由玻璃材质制成，其余透镜均由塑胶材质制成的结构设计，相较于全塑结构拥有更高的光学与结构稳定性，相较于全玻结构具有轻量化、制造成本低的优势；
(2)结构较简单，尺寸更小；公差敏感度更低，易于装配，成本更低，更适合大规模高良率生产；
(3)F数更小，通光口径更大，保证了系统进光量的充足，能够更好地适应多种复杂环境；
(4)通过合理的玻璃材料搭配以及镜片光焦度分配，整个光学系统的轴向色差与横向色差得到了很好地校正，合理的面型设计也使得整个光学系统的高级像差得到有效校正，同时每个镜面的光线入射角小，系统总体成像质量优良。
附图说明：
图1是本发明实施例一的光学结构示意图；
图2是本发明实施例一的轴向色差图；
图3是本发明实施例一的垂轴色差图；
图4是本发明实施例一的场曲与畸变图；
图5是本发明实施例二的光学结构示意图；
图6是本发明实施例二的轴向色差图；
图7是本发明实施例二的垂轴色差图；
图8是本发明实施例二的场曲与畸变图；
图9是本发明实施例三的光学结构示意图；
图10是本发明实施例三的轴向色差图；
图11是本发明实施例三的垂轴色差图；
图12是本发明实施例三的场曲与畸变图。
图1、图5、图9中：
L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；L4-第四透镜；STO-光阑；L5-第五透镜；L6-第六透镜；L7-第七透镜，L8-滤光片；L9-保护玻璃；IMG-成像面。
具体实施方式:
实施例一：
请参阅图1，本实施例所述的光学成像系统从物侧至像侧依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7；所述第一透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜为弯月正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第四透镜为弯月正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；第六透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第七透镜为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；所述第六透镜与第七透镜相互胶合成为双胶合透镜。
本实施例所述的光学系统实现的技术指标如下：
(1)焦距：EFFL＝1.74mm；(2)光圈F＝1.79；(3)视场角：2w≥210°；(4)成像圆直径大于φ6mm；(5)工作波段：可见光；(6)光学总长TTL≤16.0mm，光学后截距BFL≥2.9mm。
为实现上述设计参数，本实施例所述的光学系统所采用的具体设计见下表1：
Figure BDA0003336032460000061
Figure BDA0003336032460000071
表1具体镜片参数表
表2示出了本实施例的光学系统的各非球面透镜的非球面系数：
Figure BDA0003336032460000081
表2各非球面透镜的非球面系数
本实施例所述的光学系统实现了超广角、大孔径设计，同时对轴上、轴外像差进行了良好的校正，使本实施例可以满足4K摄像机的成像要求。
实施例二：
请参阅图5，本实施例所述的光学成像系统从物侧至像侧依次包括：第一弯月负透镜L1，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二弯月负透镜L2，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三弯月正透镜L3，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第四弯月正透镜L4，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五双凸正透镜L5，其物侧面和像侧面均为凸面；第六弯月负透镜L6，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第七双凸正透镜L7，其物侧面和像侧面均为凸面。
本实施例所述的光学系统实现的技术指标如下：
(1)焦距：EFFL＝1.71mm；(2)光圈F＝1.79；(3)视场角：2w≥210°；(4)成像圆直径大于φ6mm；(5)工作波段：可见光；(6)光学总长TTL≤17.0mm，光学后截距BFL≥2.6mm。
为实现上述设计参数，本实施例所述的光学系统所采用的具体设计见下表3:
Figure BDA0003336032460000091
Figure BDA0003336032460000101
表3具体镜片参数表
表4示出了本实施例的光学系统的各非球面透镜的非球面系数：
Figure BDA0003336032460000102
表4各非球面透镜的非球面系数
本实施例所述的光学系统实现了超广角、大孔径设计，同时对轴上、轴外像差进行了良好的校正，使本实施例可以满足4K摄像机的成像要求。此外，本实施例对-40℃至85℃温度区间内的光学及结构稳定性进行了针对性的优化，使本发明具有了更优的复杂环境适应性。
实施例三：
请参阅图9，本实施例所述的光学成像系统从物侧至像侧依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7；所述第一透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜为弯月正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第四透镜为弯月正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；第六透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第七透镜为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；所述第六透镜与第七透镜相互胶合成为双胶合透镜。
本实施例所述的光学系统实现的技术指标如下：
(1)焦距：EFFL＝1.74mm；(2)光圈F＝1.79；(3)视场角：2w≥210°；(4)成像圆直径大于φ6mm；(5)工作波段：可见光；(6)光学总长TTL≤17.0mm，光学后截距BFL≥2.9mm。
为实现上述设计参数，本实施例所述的光学系统所采用的具体设计见下表5:
Figure BDA0003336032460000111
Figure BDA0003336032460000121
表5具体镜片参数表
表6示出了本实施例的光学系统的各非球面透镜的非球面系数:
Figure BDA0003336032460000122
Figure BDA0003336032460000131
表6各非球面透镜的非球面系数
本实施例所述的光学系统实现了超广角、大孔径设计，同时对轴上、轴外像差进行了良好的校正，使本实施例可以满足4K摄像机的成像要求。此外，本实施例简化了系统面型结构，将L5优化为了球面透镜，并降低了系统敏感度，更适合大规模高良率生产。

Claims (10)

1.一种定焦光学镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜；所述第一透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜为弯月正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第四透镜为弯月正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；第六透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第七透镜为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；所述第六透镜与第七透镜相互胶合成为双胶合透镜。
2.根据权利要求1所述的定焦光学镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统的第一透镜、第五透镜由玻璃材质制成，其余透镜均由塑胶材质制成。
3.根据权利要求1所述的定焦光学镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统的焦距为f，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距分别为f1、f2、f3、f4，f5、f6、f7其中f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7与f满足以下比例：-4.1<f1/f<-2.1，-3.5<f2/f<-2.1，6.2<f3/f<7.2，8.9<f4/f<11.7，1.6<f5/f<3.7，-18.6<f6/f<--16.6，12.4<f7/f<14.4。
4.根据权利要求1所述的定焦光学镜头，其特征在于：所述的第一透镜满足关系式：Nd≥1.9，Vd≤40.0；所述的第二透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；所述的第三透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤40.0；所述的第四透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤30.0；所述的第五透镜满足关系式：Nd≤1.5，Vd≥70.0；所述的第六透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤40.0；所述的第七透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
5.根据权利要求1所述的定焦光学镜头，其特征在于：所述第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜为非球面透镜，非球面曲线方程表达式为：
Figure FDA0003336032450000021
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8均为高次项系数。
6.根据权利要求1所述的定焦光学镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统的光学总长度TTL与所述镜头的光学系统的焦距F之间满足：TTL/F≤9.2；所述镜头的光学系统的F数<1.80。
7.根据权利要求1所述的定焦光学镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：EFFL＝1.74mm；(2)光圈F＝1.79；(3)视场角：2w≥210°；(4)成像圆直径大于φ6mm；(5)工作波段：可见光；(6)光学总长TTL≤16.0mm，光学后截距BFL≥2.9mm。
8.根据权利要求1所述的定焦光学镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：EFFL＝1.71mm；(2)光圈F＝1.79；(3)视场角：2w≥210°；(4)成像圆直径大于φ6mm；(5)工作波段：可见光；(6)光学总长TTL≤17.0mm，光学后截距BFL≥2.6mm。
9.根据权利要求1所述的定焦光学镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：EFFL＝1.74mm；(2)光圈F＝1.79；(3)视场角：2w≥210°；(4)成像圆直径大于φ6mm；(5)工作波段：可见光；(6)光学总长TTL≤17.0mm，光学后截距BFL≥2.9mm。
10.一种定焦光学镜头的成像方法，其特征在于：包括采用如权利要求1～9中任意一项所述的定焦光学镜头，成像时光线自左向右依次经过第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜，滤光片和保护玻璃后成像。
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