CN114815151A - 一种成像稳定的光学镜头 - Google Patents

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CN114815151A CN202210404457.3A CN202210404457A CN114815151A CN 114815151 A CN114815151 A CN 114815151A CN 202210404457 A CN202210404457 A CN 202210404457A CN 114815151 A CN114815151 A CN 114815151A
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孙毅
谢建成
马庆鸿
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杨剑锋
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Abstract

本发明涉及光学镜头领域，涉及一种成像稳定的光学镜头，从物方至像方依次包括：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、具有负光焦度的第四透镜以及具有正光焦度第五透镜，第三透镜和第四透镜之间还设有光阑，其中：第一透镜和第二透镜的凸面朝向物方、凹面朝向像方；第四透镜的凸面朝向物方、凹面朝向像方；其中，第四透镜的焦距值F4与第五透镜的焦距值F5之间满足|F4/F5|≤0.92。这样，本发明通过合理分配各个镜片的光焦度，使得镜头在高温和低温的情况下离焦偏移量小,MTF更加均匀，从而使得镜头在高温或低温环境下均能够获得良好的清晰度，更能适应恶劣环境。

Description

一种成像稳定的光学镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头领域，更具体地，涉及一种成像稳定的光学镜头。
背景技术
随着智能驾驶辅助系统的迅速发展，广角镜头普遍应用于车载系统中的侧视镜头与环视镜头，随着车载广角镜头的适配普及化，对其解像力要求越来越高。随着车载系统的复杂化，用于镜头装配的空间受到较大限制，需要广角镜头在拥有大视场角的前提下满足小型化的要求，同时，驾驶员对于成像画面的亮度、清晰度、色彩还原度、高低温成像质量稳定性提出了更高的要求，满足上述要求可以采用全玻璃镜片，但是其成本太高且加工周期长。而如果部分采用塑料镜片，塑料镜片应对温度变化的能力不如全玻璃镜片，大多数光学镜头在高低温下的解像表现较差，高低温下离焦值较大，并且实际应用中，车载镜头在室外使用的环境较为恶劣，有时会处于雨雪、沙尘等恶劣天气，这方面对镜头的稳定性要求也更高。
发明内容
本发明为克服上述背景技术所述的部分采用塑料镜片的光学镜头，由于塑料镜片应对温度变化的稳定性不如全玻璃镜片，使得大多数光学镜头在高低温下的解像表现较差，高低温下离焦值较大的问题，提供一种成像稳定的光学镜头。本发明在高低温下也有很好的解像表现，高低温离焦值更小。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种成像稳定的光学镜头，从物方至像方依次包括：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、具有负光焦度的第四透镜以及具有正光焦度第五透镜，所述第三透镜和所述第四透镜之间还设有光阑，其中：
所述第一透镜的凸面朝向物方、凹面朝向像方；
所述第二透镜的凸面朝向物方、凹面朝向像方；
所述第三透镜朝向物方的一侧和朝向像方的一侧均为凸面；
所述第四透镜的凸面朝向物方、凹面朝向像方；
所述第五透镜朝向物方的一侧和朝向像方的一侧均为凸面；
其中，所述第四透镜的焦距值F4与第五透镜的焦距值F5之间满足|F4/F5|≤0.92。这样，本发明通过合理分配各个镜片的光焦度，使得镜头在高温和低温的情况下离焦偏移量小,MTF更加均匀，从而使得镜头在高温或低温环境下均能够获得良好的清晰度，更能适应恶劣环境。
优选的，所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头的整组焦距EFL之间满足TTL/EFL≤15.6。这样，能够使得镜头更趋于小型化。
优选的，所述第一透镜和第二透镜之间的间距d12与所述光学镜头的光学总长TTL之间满足0.1<d12/TTL<0.3。这样，能够使得镜头更趋于小型化。
进一步的，所述第四透镜和第五透镜胶合形成双胶合镜片。这样，第四透镜和第五透镜形成组合的胶合透镜，胶合透镜能有效改善光学系统的色差。
优选的，所述第一透镜的凹面满足：
0.25<ARCTAN(SAG(S2)/D(S2))-ARCTAN(SAG(S2)/2/D(S2)/2)<0.45，
式中，S2代表该光学镜头从物方至像方的第2个光学镜面，D(S2)代表光学镜头最大视场角所对应的第2个光学镜面的最大通光口径的半口径，SAG(S2)代表第2个光学镜面所对应的Sg值。这样，第一透镜朝向物方的弯月形状，能够收集到更大视场的光线进入学系统完成大角度成像,同时能够提高镜头边缘照度。
优选的，所述第二透镜的凹面满足：
0.25<ARCTAN(SAG(S4)/D(S4))-ARCTAN(SAG(S4)/2/D(S4)/2)<0.55，
式中，S4代表光学镜头从物方至像方的第4个光学镜面，D(S4)代表光学镜头最大视场角所对应的第4个光学镜面的最大通光口径的半口径，SAG(S4)代表第4个光学镜面所对应的Sg值。这样，第二透镜的像侧面为大角度形状，使光线的偏转角减小，有利于像差的减小同时减少镜头的总长。
优选的，所述第二透镜的2个光学镜面、第四透镜的2个光学镜面以及第五透镜的2个光学镜面均为非球面，所述第三透镜的2个光学镜面均为球面。
优选的，所述光学镜头的光学总长TTL满足TTL≤13.2mm。这样，能够使得镜头更趋于小型化。
优选的，所述第一透镜满足：
Nd1≥1.7，Vd1≥46；
其中，Nd1表示第一透镜材料的d光折射率，Vd1表示第一透镜材料的d光阿贝常数。
与现有技术相比，有益效果是：
1、本发明通过合理分配各个镜片的光焦度，使得镜头在-40℃～105℃下也有很好的解像表现，高低温离焦小于10um，并且MTF更加均匀，从而使得镜头在高温或低温环境下均能够获得良好的清晰度，成像稳定性更高，在高低温小具有更好的成像表现，更能适应恶劣环境。
2、本发明中的第一透镜优化后的弯曲形状，有利于系统整体周边畸变的减小，光照度的提升；第二透镜的大角度形状进行光线扩束，使光能整体均匀性更好，有利于画面亮度更加均匀，并且使大视场光线的偏转角变小，光线走势更加缓和，在减少了像差的同时缩短了系统的总体长度。
附图说明
图1是本发明提供的光学镜头的结构示意图。
图2是实施例1的调制传递函数曲线图。
图3是实施例2的调制传递函数曲线图。
图4是实施例3的调制传递函数曲线图。
图5是实施例1-3在-40℃的高低温离焦曲线图。
图6是实施例1-3在20℃的高低温离焦曲线图。
图7是实施例1-3在105℃的高低温离焦曲线图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1-3
实施例1-3均提供一种成像稳定的光学镜头，如图1所示，从物方至像方依次包括：具有负光焦度的第一透镜L1、具有负光焦度的第二透镜L2、具有正光焦度的第三透镜L3、具有负光焦度的第四透镜L4以及具有正光焦度第五透镜L5，第三透镜L3和第四透镜L4之间还设有光阑，其中：
第一透镜L1的凸面朝向物方、凹面朝向像方；
第二透镜L2的凸面朝向物方、凹面朝向像方；
第三透镜L3朝向物方的一侧和朝向像方的一侧均为凸面；
第四透镜L4的凸面朝向物方、凹面朝向像方；
第五透镜L5朝向物方的一侧和朝向像方的一侧均为凸面；
第四透镜L4和第五透镜L5胶合形成双胶合镜片；第二透镜L2的2个光学镜面、第四透镜L4的2个光学镜面以及第五透镜L5的2个光学镜面均为非球面镜片，即图中对应的光学镜面S3、S4、S8、S9、S10均为非球面，第三透镜L3的2个光学镜面均为球面，即图中对应的光学镜面S6、S7均为球面镜片。并且第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5均为塑料制成的镜片，第三透镜L3为玻璃制成的镜片。本发明中，仅采用了一块玻璃镜片，整体的成本和造价大大减小，并且L3为玻璃镜片，DN/DT较大稳定性好，高低温成像性质好。实施例1-3中将光学镜头最大视场角所对应的第1个光学镜面的最大通光口径的半口径D(S2)小于5.7mm；这样，使得第一透镜合理分配曲率，使得半口径小于5.7mm，易于环视镜头的小型化，节约装配空间。
实施例1-3中，各透镜的主要作用和效果如下：
第一透镜L1：其朝向物方的弯月形状，能够收集到更大视场的光线进入学系统完成大角度成像；并且在实际应用中，考虑到车载镜头恶劣的室外使用环境，会处于雨雪、沙尘等恶劣天气，这样的形状，有利于水滴的滑落并且防止灰尘累积在角落，减小对成像的影响。
第二透镜L2：将第一透镜L1收集的光线进行扩束，使光场更加均匀，有利于镜头相对照度的提升；并且其像侧面的大角度形状，使光线的偏转角减小，光线走势更顺滑，有利于像差的减小，同时可以有效减少整个系统的光程，镜头总体长度减小，利于小型化。
第三透镜L3，双凸形状的正光焦度镜片用于平衡由前两枚负光焦度镜片引入的球差。
光阑放在L3与胶合件之间，收束前后光线，缩短光学系统总长。
第四透镜L4和第五透镜L5胶合形成，双胶合镜片，汇聚前端光线，消除或平衡镜头产生的色差，减小公差敏感度；第四透镜L4和第五透镜L5且均为塑料镜片，用于控制其焦距，从而控制镜头在高低温下的后焦偏移量。
图1中，L6为滤光片，L7为保护透镜。实施例1-3在光学镜头的相关参数上做了区别。
其中，实施例1的光学镜头中各个基本参数设置如下表1所示：
Surf(光学镜面) Radius(半径) Thickness(厚度) Nd(折射率) Vd(阿贝常数)
1 13.5011 0.8002 1.74 49.60
2 3.0589 2.8940
3 -18.0758 0.6370 1.54 56.11
4 1.3448 1.4825
5 3.5004 2.9224 1.85 23.79
6 -3.3819 -0.0414
STO Infinity 0.1957
8 12.9631 0.5500 1.64 23.53
9 0.6385 1.8702 1.54 56.11
10 -1.5728 0.1093
11 Infinity 0.3162 1.52 64.20
12 Infinity 1.1351
13 Infinity 0.4162 1.52 64.20
14 Infinity 0.3905
IMA Infinity 0.0000
表1.实施例1中各个光学镜面的基本参数表
实施例2的光学镜头中各个光学镜面的基本参数设置如下表2所示：
Figure BDA0003601704370000051
Figure BDA0003601704370000061
表2.实施例2中各个光学镜面的基本参数表
实施例3的光学镜头中各个光学镜面的基本参数设置如下表3所示：
Surf Radius Thickness Nd Vd
1 11.0000 0.9500 1.80 46.57
2 3.4753 1.5980
3 -50.0000 0.5500 1.54 56.11
4 1.0823 1.4129
5 3.3063 3.0000 1.78 25.72
6 -2.5141 -0.0400
STO Infinity 0.1439
8 8.3265 0.5500 1.64 23.53
9 0.5957 1.8188 1.54 56.11
10 -1.5888 0.1985
11 Infinity 0.3000 1.52 64.20
12 Infinity 0.9194
13 Infinity 0.4000 1.52 64.20
14 Infinity 0.1947
IMA Infinity 0.0000
表3.实施例3中各个光学镜面的基本参数表
表1-3中，STO表示光阑面，IMA表示成像面。
由于光学镜面S3、S4、S8、S9、S10均为非球面，其对应的非球面方程为：
Figure BDA0003601704370000071
式中：Z为非球面沿主光轴方向在高度h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c＝1/r，c为非球面极点的曲率，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数，A、B、C、D、E为高次非球面系数。
实施例1中各光学镜面的高次非球面系数入下表4所示：
Surf K A B C D E
3 -124.2602 2.1993E-02 -6.3652E-03 9.9029E-04 -8.2120E-05 2.2269E-06
4 -2.1269 1.0218E-01 -3.0337E-03 -2.3823E-03 -3.8095E-04 5.2687E-04
8 -133.3149 -9.0888E-02 1.8287E-01 -5.3962E-01 6.8918E-01 -3.0577E-01
9 -0.9574 -3.3501E-01 1.9786E-01 -1.1185E-01 4.3854E-02 -9.5962E-03
10 -11.2831 -2.3487E-01 2.1710E-01 -1.3613E-01 4.4377E-02 -5.3707E-03
表4
实施例2中各光学镜面的高次非球面系数入下表5所示：
Surf K A B C D E
3 -101.2873 2.2246E-02 -6.3246E-03 9.7976E-04 -8.1483E-05 0
4 -2.0387 1.0373E-01 -2.9673E-03 -2.4397E-03 -4.6887E-04 0
8 -89.3705 -8.5276E-02 1.8060E-01 -5.5277E-01 8.0275E-01 -4.4410E-01
9 -0.9568 -3.4704E-01 1.7702E-01 -8.2074E-02 -1.0903E-03 5.4678E-03
10 -11.9044 -2.3481E-01 2.2159E-01 -1.3918E-01 4.6847E-02 -5.7514E-03
表5
实施例3中各光学镜面的高次非球面系数入下表6所示：
Surf K A B C D E
3 81.1937 2.3529E-02 -5.9132E-03 8.4908E-04 -6.5444E-05 2.1065E-06
4 -0.4238 2.4394E-02 2.9030E-03 1.7322E-03 -4.0681E-03 7.1902E-04
8 -26.0897 -1.0593E-01 1.1533E-01 -3.8716E-01 6.7136E-01 -4.4410E-01
9 -1.1939 -2.3064E-01 1.9648E-01 -1.0191E-01 1.5067E-02 5.4678E-03
10 -8.0146 -1.9541E-01 1.6128E-01 -1.0495E-01 3.7668E-02 -5.7514E-03
表6
实施例1-3中对应的光学参数如下表7所示：
实施例1 实施例2 实施例3
EFFL 0.879233 0.932943 0.938140
F1 -5.481443 -5.343866 -6.662589
F2 -2.294862 -2.248810 -1.957135
F3 2.498991 2.540425 2.335385
F4 -1.058003 -1.093203 -1.021483
F5 1.197292 1.203458 1.134265
F45 3.707401 3.599899 3.670773
d12 2.894003 2.151456 1.598000
d23 1.482471 1.464055 1.412900
TTL 13.678000 13.151200 11.996160
SAG(S2) 2.279273 2.070280 1.692408
SAG(S4) 0.983814 1.188284 1.270279
SAG(S2)/2 0.381289 0.360664 0.336357
SAG(S4)/2 0.201886 0.235928 0.222654
D(S2) 2.957891 2.852301 2.983101
D(S4) 1.426047 1.502651 1.332240
D(S2)/2 1.478946 1.426151 1.491551
D(S4)/2 0.713024 0.751326 0.666120
表7
实施例1-3中光学参数的条件式如下表8所示：
条件式 实施例1 实施例2 实施例2
F4/F5 -0.883663 -0.90838 -0.90057
d12/TTL 0.2115808 0.163594 0.133209
TTL/EFL 15.556741 14.09647 12.78717
ARCTAN(SAG(S2)/D(S2))-ARCTAN(SAG(S2)/2/D(S2)/2) 0.4042219 0.380151 0.294254
ARCTAN(SAG(S4)/D(S4))-ARCTAN(SAG(S4)/2/D(S4)/2) 0.3279893 0.364835 0.439015
表8
表7和表8中，Fn表示第n枚镜片的有效焦距；F45表示第四透镜L4与第五透镜L5胶合形成的胶合透镜的有效焦距，EFL表示光学镜头的整组焦距；TTL光学镜头的光学总长，即第一透镜L1物侧面的中心到成像面的距离；d12表示第一透镜L1和第二透镜L2之间的间隔，即是第一透镜L1的像侧面和第二透镜L2的物侧面之间的距离；d23表示第二透镜L2和第三透镜L3之间的间隔，即是第二透镜L2的像侧面和第三透镜L3的物侧面之间的距离；Sn表示第n个光学镜面，如图1中国所示；D(Sn)表示光学镜头最大视场角所对应的光学镜面Sn的最大通光口径的半口径；SAG(Sn)表示光学镜面Sn所对应的Sg值。
对实施例1、2、3分别进行光学实验，其对应的调制传递函数曲线图(MTF)分别如图2、3、4所示。
在-40℃、20℃、105℃下，分别测试得到实施例1-3中光学镜头的离焦曲线图，实施例1-3中光学镜头在-40℃下的离焦曲线图均如图5所示，在20℃的离焦曲线图均如图6所示，在105℃下的离焦曲线图均如图7所示，通过高低温离焦曲线图可知，通过合理分配各个镜片的光焦度、选取合适的材料，使得镜头在-40℃～105℃下也有很好的解像表现，高低温离焦小于10um。
结合表7和表8可知，实施例1-3通过合理分配各个镜片的光焦度，使得镜头在高温和低温的情况下离焦偏移量小,MTF更加均匀，从而使得镜头在高温或低温环境下均能够获得良好的清晰度，更能适应恶劣环境。并且，本发明中的第一透镜L1优化后的弯曲形状，有利于系统整体周边畸变的减小，光照度的提升；第二透镜L2的大角度形状进行光线扩束，使光能整体均匀性更好，有利于画面亮度更加均匀，并且使大视场光线的偏转角变小，光线走势更加缓和，在减少了像差的同时缩短了系统的总体长度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种成像稳定的光学镜头，从物方至像方依次包括：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、具有负光焦度的第四透镜以及具有正光焦度第五透镜，所述第三透镜和所述第四透镜之间还设有光阑，其特征在于：
所述第一透镜的凸面朝向物方、凹面朝向像方；
所述第二透镜的凸面朝向物方、凹面朝向像方；
所述第三透镜朝向物方的一侧和朝向像方的一侧均为凸面；
所述第四透镜的凸面朝向物方、凹面朝向像方；
所述第五透镜朝向物方的一侧和朝向像方的一侧均为凸面；
其中，所述第四透镜的焦距值F4与第五透镜的焦距值F5之间满足|F4/F5|≤0.92。
2.根据权利要求1所述的成像稳定的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头的整组焦距EFL之间满足TTL/EFL≤15.6。
3.根据权利要求1所述的成像稳定的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜之间的间距d12与所述光学镜头的光学总长TTL之间满足0.1<d12/TTL<0.3。
4.根据权利要求1所述的成像稳定的光学镜头，其特征在于，所述第四透镜和第五透镜胶合形成双胶合镜片。
5.根据权利要求1所述的成像稳定的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的凹面满足：
0.25<ARCTAN(SAG(S2)/D(S2))-ARCTAN(SAG(S2)/2/D(S2)/2)<0.45，
式中，S2代表该光学镜头从物方至像方的第2个光学镜面，D(S2)代表光学镜头最大视场角所对应的第2个光学镜面的最大通光口径的半口径，SAG(S2)代表第2个光学镜面所对应的Sg值。
6.根据权利要求1所述的成像稳定的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的凹面满足：
0.25<ARCTAN(SAG(S4)/D(S4))-ARCTAN(SAG(S4)/2/D(S4)/2)<0.55，
式中，S4代表光学镜头从物方至像方的第4个光学镜面，D(S4)代表光学镜头最大视场角所对应的第4个光学镜面的最大通光口径的半口径，SAG(S4)代表第4个光学镜面所对应的Sg值。
7.根据权利要求1所述的成像稳定的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头最大视场角所对应的第1个光学镜面的最大通光口径的半口径小于5.7mm。
8.根据权利要求1所述的成像稳定的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的2个光学镜面、第四透镜的2个光学镜面以及第五透镜的2个光学镜面均为非球面，所述第三透镜的2个光学镜面均为球面。
9.根据权利要求1所述的成像稳定的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学总长TTL满足TTL≤13.2mm。
10.根据权利要求1所述的成像稳定的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜满足：
Nd1≥1.7，Vd1≥46；
其中，Nd1表示第一透镜材料的d光折射率，Vd1表示第一透镜材料的d光阿贝常数。
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