CN114994867A

CN114994867A - 一种定焦镜头

Info

Publication number: CN114994867A
Application number: CN202210683668.5A
Authority: CN
Inventors: 王乐; 米士隆
Original assignee: Dongguan Yutong Automobile Vision Co ltd
Current assignee: Dongguan Yutong Automobile Vision Co ltd
Priority date: 2022-06-16
Filing date: 2022-06-16
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2042-06-16
Also published as: CN114994867B

Abstract

本发明公开了一种定焦镜头，包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，通过合理搭配各个透镜的光焦度，第一透镜为正光焦度透镜，第二透镜为负光焦度透镜，第四透镜为负光焦度透镜，第五透镜为正光焦度透镜，第六透镜为正光焦度透镜，第七透镜为负光焦度透镜。该定焦镜头，具有大光圈F1.6、支持像素2MP/4MP/6MP/8MP的高清成像的特点，同时满足‑40℃～95℃温度下的使用要求。

Description

一种定焦镜头

技术领域

本发明实施例涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种定焦镜头。

背景技术

随着摄像头的应用越来越广泛，高级驾驶辅助系统(Advanced DrivingAssistant System)越来越多的应用在汽车上，安全驾驶对成像镜头的需求也越来越大，要求越来越高。

随着电子技术的发展，图像传感器也向着高像素发展。目前常规的车载镜头分辨率低，光圈大多都分布在F2.0左右，难以匹配满足高分辨率的8Msensor，无法满足市场需求。

发明内容

本发明提供一种定焦镜头，具有大光圈F1.6、支持像素2MP/4MP/6MP/8MP的高清成像的特点，同时满足-40℃～95℃温度下的使用要求。

本发明实施例提供了一种定焦镜头，包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；

所述第一透镜为正光焦度透镜，所述第二透镜为负光焦度透镜，所述第四透镜为负光焦度透镜，所述第五透镜为正光焦度透镜，所述第六透镜为正光焦度透镜，所述第七透镜为负光焦度透镜。

可选的，所述第三透镜为正光焦度透镜。

可选的，所述第三透镜为负光焦度透镜。

可选的，所述第四透镜和所述第五透镜胶合组成第一胶合透镜组。

可选的，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为玻璃透镜。

可选的，所述第一透镜、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均为球面透镜，第七透镜为非球面透镜。

可选的，所述第一透镜的光焦度为

所述第二透镜的光焦度为

所述第三透镜的光焦度为

所述第四透镜的光焦度为

所述第五透镜的光焦度为

所述第六透镜的光焦度为

所述第七透镜的光焦度为

所述定焦镜头的光角度为

其中：

可选的，所述定焦镜头的总长为TTL；透镜靠近所述像面一侧的表面为像侧面，所述第七透镜的像侧面的光轴中心至像面的距离为BFL，其中：

0.08＜BFL/TTL＜0.32。

可选的，所述定焦镜头的总长为TTL，所述第一透镜的最大通光口径为DIA，其中：DIA/TTL<0.35。

可选的，所述定焦镜头还包括光阑，所述光阑设置在所述第一透镜和所述第二透镜之间的光路中；或者，所述光阑设置在所述第二透镜和所述第三透镜之间的光路中；或者，所述光阑设置在所述第三透镜和所述第四透镜之间的光路中。

综上所述，本发明实施例提供的定焦镜头，包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，通过合理搭配各个透镜的光焦度，具有大光圈F1.6、支持像素2MP/4MP/6MP/8MP的高清成像的特点，实现了一种小体积、低成本、高清质量成像的定焦镜头。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种定焦镜头的结构示意图；

图2为发明本实施例一提供的一种定焦镜头的光线光扇图；

图3为本发明实施例二提供的另一种定焦镜头的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的另一种定焦镜头的光线光扇图；

图5为本发明实施例三提供的另一种定焦镜头的结构示意图；

图6为本发明实施例三提供的另一种定焦镜头的光线光扇图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种定焦镜头的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的一种定焦镜头包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17；第一透镜11为正光焦度透镜，第二透镜12为负光焦度透镜，第四透镜14为负光焦度透镜，第五透镜15为正光焦度透镜，第六透镜16为正光焦度透镜，第七透镜17为负光焦度透镜。

其中，在本实施例提供的定焦镜头中，可将第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17固定设置于一个镜筒(图1中未示出)内，固定焦距可限定在15mm内，总长度可限定在30.2mm内，具有体积小的优势。

具体的，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，其数值为焦距的倒数，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。

其中，透镜邻近物面一侧的表面为物侧面，透镜邻近像面一侧的表面为像侧面。在本实施例中，通过设置第一透镜11为正光焦度透镜，对入射到物侧面的光汇聚到第二透镜12，可以增大进入定焦镜头的光线，提高定焦镜头的视觉效果；第二透镜12和第四透镜14均为负光焦度透镜，用于矫正球差；第五透镜15为正光焦度透镜，第六透镜16为正光焦度透镜，用于矫正初级色差及高级色差；第七透镜17为负光焦度透镜，用于矫正高低温并从设计上增大镜头光圈，本实施例中仅采用7枚透镜，透镜数量较少，从而有助于减小镜头长度，降低了镜头成本、重量和体积；通过合理分配各透镜的光焦度，使成像系统球差和场曲较小的同时，保证轴上和离轴视场像质，具有大光圈F1.6、支持像素2MP/4MP/6MP/8MP的高清成像，可在较短的全长限制内实现高清质量成像，通过以上透镜组成的光学系统，光路总长较短，从而保证镜头整体的体积较小。

作为一种可行的实施方式，继续参考图1所示，第三透镜13为正光焦度透镜；在另一实施例中，可选的，第三透镜13为负光焦度透镜。设置第二透镜12为负光焦度透镜、第四透镜14为负光焦度透镜，第三透镜13为正光焦度透镜，经第二透镜12发散的光线经第三透镜13汇聚准直后到达第四透镜14，再经第四透镜14扩散后向第五透镜15传输；或者第三透镜13也为负光焦度透镜，经第二透镜12发散的光线依次经第三透镜13和第四透镜14扩散后向第五透镜15传输。需要说明的是，第三透镜13为正光焦度透镜或负光焦度透镜均可以，通过合理搭配第二透镜12、第三透镜13和第四透镜14的光焦度，均可以达到校正球差的作用。

作为一种可行的实施方式，继续参考图1所示，第四透镜14和第五透镜15胶合组成第一胶合透镜组。

可选的，继续参考图1所示，将第四透镜14和第五透镜15胶合设置，可以减小第四透镜14和第五透镜15之间的空气间隙，减小尽头总长。此外，胶合透镜可用于最大限度地减少色差或消除色差，使得定焦镜头的各种像差可得到充分校正，在结构紧凑的前提下，可提高分辨率，优化畸变等光学性能；并可减少镜片间反射引起光量损失，提升照度，从而改善像质、提升镜头成像的清晰度。另外，胶合透镜的使用还可减少两个镜片之间的组立部件，简化镜头制造过程中的装配程序，降低成本，并降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。

作为一种可行的实施方式，继续参考图1所示，第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17均为玻璃透镜。

具体的，考虑到玻璃材质相对塑料材质在高低温环境下性能稳定，且玻璃材质的透镜的光线转折能力较强。由于第一透镜11、第五透镜15和第六透镜16在整个镜头中起到汇聚轴上光线的主要元件，存在一定的热效应，易引起透镜跑焦，因此，至少设置第一透镜11、第五透镜15和第六透镜16采用玻璃透镜，以降低因热效应而引起的跑焦问题；进一步，考虑到本发明实施例提供的定焦镜头的环境适应范围，将第一透镜11至第七透镜17均采用玻璃透镜，可以满足-40℃～95℃的高低温变化时不跑焦，进一步提高定焦镜头的稳定性。

其中，玻璃球面透镜的材质为本领域技术人员可知的各种类型的玻璃，本发明实施例对此不赘述也不作限定。

作为一种可行的实施方式，继续参考图1所示，第一透镜11、所述第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15和所述第六透镜16均为球面透镜，第七透镜17为非球面透镜。

其中，设置第一透镜11、所述第二透镜12、第三透镜13、第四透镜、第五透镜和所述第六透镜均为球面透镜；利用非球面透镜可以起到矫正高级像差的作用，设置第七透镜17为非球面透镜，用于矫正第一透镜11至第六透镜16的像差，解决成像视野歪曲等问题，提高定焦镜头的成像质量。

作为一种可行的实施方式，继续参考图1所示，第一透镜11的光焦度为

第二透镜12的光焦度为

第三透镜13的光焦度为

第四透镜14的光焦度为

第五透镜15的光焦度为

第六透镜16的光焦度为

第七透镜17的光焦度为

定焦镜头的光角度为

其中：

具体的，通过合理分配各第一透镜11到第七透镜17的光焦度

分别与定焦镜头整体的光焦度

的数值比，使成像系统球差和场曲较小的同时，保证轴上和离轴视场像质，支持像素2MP/4MP/6MP/8MP的成像。其中，8MP指的是8百万像素成像。

作为一种可行的实施方式，继续参考图1所示，定焦镜头的总长为TTL；透镜靠近像面一侧的表面为像侧面，第七透镜17的像侧面的光轴中心至像面的距离为BFL，其中：0.08＜BFL/TTL＜0.32。

其中，第一透镜11的物侧面的光轴中心至像面的距离为定焦镜头的光学总长TTL，通过设置0.08＜BFL/TTL＜0.32，可在较短的全长限制内实现高清质量成像，通过第一透镜11至第七透镜17组成的光学系统，光路总长较短，且镜头总长小于30.2mm，从而保证镜头整体的体积较小。

作为一种可行的实施方式，继续参考图1所示，定焦镜头的总长为TTL，第一透镜11的最大通光口径为DIA，其中：DIA/TTL<0.35。

其中，第一透镜11用于尽可能收集更多的外界光线，因此第一透镜11的尺寸一般较大，第一透镜11的最大通光口径为DIA，即定焦镜头的有效像面直径，在本实施例中，通过合理设置定焦镜头的最大通光口径为DIA与定焦镜头的总长TTL之间的关系，在满足镜头像面需求的同时，可以保证整个定焦镜头结构紧凑，定焦镜头集成度高，便于安装和实用，达到小型化要求，利于后期的装配。

作为一种可行的实施方式，可选的，定焦镜头还包括光阑，光阑设置在第一透镜和第二透镜之间的光路中；或者，光阑设置在第二透镜和第三透镜之间的光路中；或者，光阑设置在第三透镜和第四透镜之间的光路中。

其中，光阑包括孔径光阑和视场光阑，孔径光阑指的是限制光束最多的光阑，视场光阑指的是限制视场(大小)最多的光阑。光阑可以设置在第一透镜和第二透镜之间的光路中；或者，光阑设置在第二透镜和第三透镜之间的光路中；或者，光阑设置在第三透镜和第四透镜之间的光路中，通过增设光阑可以起到调节光线的传播方向，进而对定焦镜头中的光线或者视场范围进行限制，有利于提高定焦镜头的成像质量。但本发明实施例对光阑的具体设置位置不进行限定，也可以根据光线视场范围需要调整。

作为一种可行的实施方式，如图1和图2所示，定焦镜头还包括滤光片18，滤光片18设置在第七透镜17的像侧面一侧。

其中，通过在第七透镜17和像面之间设置具有一定厚度的滤光片18，起到保护作用的同时，还可滤除不需要的杂散光，从而提高定焦镜头的成像质量，例如，通过滤光片18在白天滤除红外光来提高定焦镜头的成像质量。

综上所述，本发明实施例提供的定焦镜头，使用7枚透镜，通过合理的搭配其光焦度、选用合适的玻璃透镜材料，使得定焦镜头可以较好的校正像差和焦点稳定性，具有提交小、镜头数量少、大光圈F1.6、支持像素2MP/4MP/6MP/8MP的高清成像的特点，同时满足-40℃～95℃温度下的使用要求，可应用在车载镜头中，满足视场需求。

示例性的，表1以一种可行的实施方式，详细说明了本发明实施例一提供的定焦镜头中各个透镜的具体光学物理参数，表1中的定焦镜头对应图1所示的定焦镜头。

表1定焦镜头的光学物理参数的设计值

面序号	表面类型	曲率半径(R)	厚度(T)	材料(nd)	材料(vd)
						OBJ	球面	Infinity	Infinity
S1	球面	11.939	2.349	1.91	35.30
						S2	球面	27.690	1.589
S3	球面	-31.409	0.714	1.78	25.70
						S4	球面	9.811	3.298
S5	球面	12.679	3.571	2.00	25.40
						S6	球面	-35.316	1.525
STO	球面	Infinity	0.431
						S8	球面	-25.171	0.665	1.81	25.50
S9	球面	5.797	3.890	1.59	68.30
						S10	球面	-12.877	0.274
S11	球面	9.277	2.467	2.00	25.40
						S12	球面	12.099	0.145
S13	非球面	14.882	2.440	1.83	37.30
						S14	非球面	9.210	1.514
S15	球面	Infinity	0.800	1.52	64.20
						S16	球面	Infinity	4.496

其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，“OBJ”表示物面，面序号“S1”代表第一透镜11的物侧面，面序号“S2”代表第一透镜11的像侧面，“STO”表示光阑，依次类推；R为曲率半径，代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“Infinity”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；T为厚度，代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)；nd为折射率，代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1；Vd为阿贝数，代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性，空格代表当前位置为空气。其非球面表面形状方程Z满足，但不仅限于以下表示方法：

其中，y表示距离光轴的垂直距离，Z为非球面沿光轴方向在y位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为拟合球面的曲率，c＝1/R，R表示镜面的曲率半径；k为圆锥系数；A、B、C、D和E分别为4阶、6阶、8阶、10阶、12阶非球面系数。

示例性的，表2以一种可行的实施方式详细说明了本实施例一中第七透镜17的非球面系数。

表2定焦镜头中各透镜非球面系数的设计值

序号

k

A

B

C

D

E

S11

2.435

-3.59E-05

2.68E-06

1.98E-07

6.34E-09

-8.61E-11

S12

2.725

-2.04E-04

-4.75E-06

3.32E-07

-3.87E-08

1.73E-09

其中，-3.59E-05表示面序号为S11的系数B为-3.59*10^-5，依此类推。

进一步，图2为发明本实施例一提供的一种定焦镜头的光线光扇图。如图4所示，不同波长光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm和0.656μm)在该定焦镜头的不同视场角下的成像范围曲线非常集中，其表明定焦镜头的像差较小，也即说明了本发明实施例一提供的定焦镜头较好地校正了光学系统的像差。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种定焦镜头的结构示意图。如图3所示，本发明实施例提供的一种定焦镜头包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17；第一透镜11为正光焦度透镜，第二透镜12为负光焦度透镜，第四透镜14为负光焦度透镜，第五透镜15为正光焦度透镜，第六透镜16为正光焦度透镜，第七透镜17为负光焦度透镜。

可选的，光阑19设置在第三透镜13和第四透镜14之间的光路中。

示例性的，表3以一种可行的实施方式，详细说明了本发明实施例二提供的定焦镜头中各个透镜的具体光学物理参数，表3中的定焦镜头对应图3所示的定焦镜头。

表3定焦镜头的光学物理参数的设计值

面序号	表面类型	曲率半径(R)	厚度(T)	材料(nd)	材料(vd)
						OBJ	球面	Infinity	Infinity
S1	球面	13.368	2.441	1.91	35.30
						S2	球面	68.449	1.040
S3	球面	-31.517	0.782	1.75	25.00
						S4	球面	13.385	0.532
S5	球面	21.029	2.950	2.00	25.40
						S6	球面	-144.339	0.000
STO	球面	Infinity	4.080
						S8	球面	-48.539	0.713	1.81	25.50
S9	球面	9.224	3.633	1.59	68.30
						S10	球面	-10.702	0.070
S11	球面	10.421	2.737	2.00	25.40
						S12	球面	26.135	0.070
S13	非球面	21.139	2.907	1.83	37.30
						S14	非球面	7.092	1.514
S15	球面	Infinity	0.800	1.52	64.20
						S16	球面	Infinity	2.681

其中，y表示距离光轴的垂直距离，Z为非球面沿光轴方向在y位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为拟合球面的曲率，c＝1/R，R表示镜面的曲率半径；k为圆锥系数；A、B、C、D、E和F分别为4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项非球面系数。

示例性的，表4以一种可行的实施方式详细说明了本实施例二中第七透镜17的非球面系数。

表4定焦镜头中各透镜非球面系数的设计值

序号

k

A

B

C

D

E

F

S11

6.960

-3.50E-04

-1.18E-05

2.20E-06

-1.24E-07

2.73E-09

-1.11E-11

S12

1.728

-9.12E-04

-7.60E-05

1.04E-05

-1.19E-06

6.76E-08

-1.90E-09

其中，-3.50E-04表示面序号为S11的系数B为-3.50*10^-4，依此类推。

进一步，图4为发明本实施例一提供的一种定焦镜头的光线光扇图。如图4所示，不同波长光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm和0.656μm)在该定焦镜头的不同视场角下的成像范围曲线非常集中，其表明定焦镜头的像差较小，也即说明了本发明实施例二提供的定焦镜头较好地校正了光学系统的像差。

实施例三

图5为本发明实施例三提供的一种定焦镜头的结构示意图。如图5所示，本发明实施例提供的一种定焦镜头包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17；第一透镜11为正光焦度透镜，第二透镜12为负光焦度透镜，第四透镜14为负光焦度透镜，第五透镜15为正光焦度透镜，第六透镜16为正光焦度透镜，第七透镜17为负光焦度透镜。

示例性的，表5以一种可行的实施方式，详细说明了本发明实施例三提供的定焦镜头中各个透镜的具体光学物理参数，表5中的定焦镜头对应图5所示的定焦镜头。

表5定焦镜头的光学物理参数的设计值

其中，y表示距离光轴的垂直距离，Z为非球面沿光轴方向在y位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为拟合球面的曲率，c＝1/R，R表示镜面的曲率半径；k为圆锥系数；A、B、C和D分别为4阶、6阶、8阶、10阶项非球面系数。

示例性的，表6以一种可行的实施方式详细说明了本实施例三中第七透镜17的非球面系数。

表6定焦镜头中各透镜非球面系数的设计值

序号	k	A	B	C	D
						S11	14.823	-5.49E-04	2.57E-05	-1.35E-06	3.43E-08
S12	1.002	-6.84E-04	2.43E-05	-2.40E-06	6.20E-08

其中，-5.49E-04表示面序号为S11的系数B为-5.49*10^-5，依此类推。

进一步，图6为发明本实施例一提供的一种定焦镜头的光线光扇图。如图6所示，不同波长光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm和0.656μm)在该定焦镜头的不同视场角下的成像范围曲线非常集中，其表明定焦镜头的像差较小，也即说明了本发明实施例三提供的定焦镜头较好地校正了光学系统的像差。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。