CN115220203B - 光学成像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开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,其物侧面为凸面、像侧面为凹面;具有负光焦度的第二透镜,其物侧面为凹面、像侧面在近光轴处为凸面;具有正光焦度的第三透镜,其物侧面和像侧面均为凸面;光阑;具有正光焦度的第四透镜,其物侧面和像侧面均为凸面;具有负光焦度的第五透镜,其物侧面为凹面、像侧面为凸面,且第四透镜和第五透镜组成胶合透镜组;具有正光焦度的第六透镜,其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面,第六透镜的物侧面和像侧面均设置有反曲点;该光学成像镜头至少包含一个玻璃透镜和一个塑胶透镜。该光学成像镜头具有大像面、大光圈和高解像力的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像镜头技术领域,特别是涉及一种光学成像镜头。
背景技术
随着自动驾驶技术的发展,ADAS(Advanced Driver Assistant System,高级驾驶辅助系统)已经成了汽车的标配;其中,车载摄像镜头作为ADAS的关键器件,能够实时感知车辆周边的路况情况,实现前向碰撞预警、车道偏移报警和行人检测等功能,其性能高低直接影响着ADAS的安全系数,因此,对车载摄像镜头的性能要求越来越高。
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。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的大像面、大光圈和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,具有大像面、大光圈和高解像力的优点。
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凸面,所述第一透镜的像侧面为凹面;具有负光焦度的第二透镜,所述第二透镜的物侧面为凹面,所述第二透镜的像侧面在近光轴处为凸面;具有正光焦度的第三透镜,所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面;光阑;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;具有负光焦度的第五透镜,所述第五透镜的物侧面为凹面,所述第五透镜的像侧面为凸面,且所述第四透镜和所述第五透镜组成胶合透镜组;具有正光焦度的第六透镜,所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面,所述第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面,所述第六透镜的物侧面和像侧面均设置有反曲点;其中,所述光学成像镜头至少包含一个玻璃透镜和一个塑胶透镜;所述光学成像镜头满足条件式:5<TTL/IH<6;其中,TTL表示所述光学成像镜头的光学总长,IH表示所述光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半。
相较现有技术,本发明提供的光学成像镜头,采用六片玻塑混合镜片搭配,通过各镜片面型的合理配置以及光焦度的合理搭配,使镜头在实现良好成像质量的同时,具有热稳定性好、大光圈以及大像面的有益效果;而且使用多片塑胶透镜,能够很大程度上降低生产成本,同时保证优秀的成像质量。
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相对照度曲线图;
图3为本发明第一实施例的光学成像镜头的f-θ畸变曲线图;
图4为本发明第一实施例的光学成像镜头的MTF曲线图;
图5为本发明第二实施例的光学成像镜头的结构示意图;
图6为本发明第二实施例的光学成像镜头的相对照度曲线图;
图7为本发明第二实施例的光学成像镜头的f-θ畸变曲线图;
图8为本发明第二实施例的光学成像镜头的MTF曲线图。
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。
本发明提供一种光学成像镜头,沿光轴从物侧到成像面依次包括:第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及滤光片。
第一透镜具有负光焦度,第一透镜的物侧面为凸面,第一透镜的像侧面为凹面;
第二透镜具有负光焦度,第二透镜的物侧面为凹面,第二透镜的像侧面在近光轴处为凸面;
第三透镜具有正光焦度,第三透镜的物侧面与像侧面均为凸面;
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;
第五透镜具有负光焦度,第五透镜的物侧面为凹面,第五透镜的像侧面为凸面,且第四透镜和第五透镜组成胶合透镜组;
第六透镜具有正光焦度,第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面,第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面,且第六透镜的物侧面和像侧面均设置有反曲点,在两面形上设置反曲点有利于矫正像平面弯曲的现象,达到全视场成像质量均匀的目的,提高整个视场内的成像质量。
其中,所述光学成像镜头至少包含一个玻璃透镜和一个塑胶透镜,采用玻塑混合搭配的结构,不仅可以使镜头的热稳定性得到极大提高,而且使镜头的成像质量得到较大提升,同时有效降低了生产成本、减小了镜头体积;具体地,第一透镜和第三透镜为玻璃球面镜片,第二透镜、第四透镜、第五透镜和所述第六透镜均为塑胶非球面镜片。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足以下条件式:
5<TTL/IH<6.0;(1)
其中,TTL表示所述光学成像镜头的光学总长,IH表示所述光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半。满足条件式(1),可以实现镜头像面扩大的同时压缩镜头的总长,使镜头的设计更加小型化,便于搭载在终端设备上。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足以下条件式:
1.0<f/IH<1.3;(2)
f/EPD<1.8;(3)
其中,f表示所述光学成像镜头的焦距,IH表示所述光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半,EPD表示所述光学成像镜头的入瞳直径。满足上述条件式(2),表明镜头具有较大的成像面,能满足大靶面芯片的成像需求。满足上述条件式(3),通过将光阑放置在第三透镜和第四透镜之间,可以使光学成像镜头具有更大的光圈,在明暗环境中具有良好成像。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足以下条件式:
-2<f1/f<-1;(4)
其中,f1表示所述第一透镜的焦距,f表示所述光学成像镜头的焦距。满足上述条件式(4),通过合理设置第一透镜的焦距占比,可以增大第一透镜的屈光程度,有利于更多光线平稳进入光学系统,从而使镜头具有较大的视场角。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足以下条件式:
-1.7<f2/f<-0.5;(5)
其中,f2表示所述第二透镜的焦距,f表示所述光学成像镜头的焦距。满足上述条件式(5),通过合理设置第二透镜的焦距,可以有效矫正前面透镜带来的像差,提高镜头成像质量。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足以下条件式:
4<f6/f<6;(6)
其中,f6表示所述第六透镜的焦距,f表示所述光学成像镜头的焦距。满足上述条件式(6),通过合理设置第六透镜的焦距,有助于光线平缓进入成像面,提高光学系统的解像力。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足条件式:
0<R3/R4<0.2;(7)
-0.2<f/R4<0;(8)
其中,R3表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径,R4表示所述第二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(7)、(8),通过合理设置第二透镜的面型,可以使进入第二透镜的入射光线较为平缓,从而降低光学系统的公差敏感度,提高产品良率。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足条件式:
0.1<R8/R9<0.3;(9)
-4<R9/f<-1;(10)
其中,R8表示所述胶合透镜组的胶合面的曲率半径,R9表示所述第五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(9)、(10),通过合理设置胶合透镜组中负透镜的面型,有助于光线更平缓的过渡进入后续系统,降低后续系统像差矫正的难度。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足条件式:
0.6<R10/R11<1;(11)
0.5<R11/f<2;(12)
其中,R10表示所述第六透镜的物侧面的曲率半径,R11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。满足上述条件式(11)、(12),通过合理设置第六透镜的面型,有利于光线更平缓的进入成像面,增大成像面积,提高系统的整体解像力。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足条件式:
300<TTL/T23<400;(13)
12<TTL/T56<18;(14)
其中,T23表示所述第二透镜和所述第三透镜在光轴上的空气间隔,T56表示所述第五透镜和所述第六透镜在光轴上的空气间隔,TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足条件式(13),通过减小第二透镜和第三透镜的间距,将第二透镜和第三透镜组合等效成一片弯月型透镜,达到减小畸变的作用。满足条件式(14),通过增大第五透镜和第六透镜的间距,使光线通过第五透镜后聚焦在第六透镜更远的垂轴位置上,从而增大了像高,实现镜头的大像面成像效果。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足条件式:
2.3<Vd4/Vd5<2.6;(15)
0.9<Nd4/Nd5<1;(16)
其中,Vd4表示所述第四透镜的阿贝数,Vd5表示所述第五透镜的阿贝数,Nd4表示所述第四透镜的折射率,Nd5表示所述第五透镜的折射率。满足条件式(15)、(16),采用两片塑胶镜片胶合,通过增大第四透镜和第五透镜之间的阿贝数差值和折射率差值,更有利于色差的消除,提高成像质量。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足以下条件式:
-2<R6/R5<-1.2;(17)
其中,R5表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径,R6表示所述第三透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式(17),可以改变第三透镜的物侧面二次反射鬼像的光瞳像在焦面上的相对位置和第三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,通过控制第三透镜的两个面上的曲率半径,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以下条件式:
(CRA)max<14°;(18)
其中,(CRA)max表示所述光学成像镜头的全视场主光线在像面上入射角的最大值。满足条件式(18),可以使镜头的CRA与芯片感光元件的CRA更匹配,提高芯片感光效率。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足以下条件式:
4<TTL/CT4<5;(19)
10<TTL/CT5<12;(20)
其中,CT4表示所述第四透镜的中心厚度,CT5表示所述第五透镜的中心厚度,TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足条件式(19)、(20),通过增大第四透镜的中心厚度和第五透镜的中心厚度,达到优化场曲的作用。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足以下条件式:
Z10(h10)=0,h10∈[-S10, S10]的实数解个数大于或等于3个;(21)
Z11(h11)=0,h11∈[-S11, S11]的实数解个数大于或等于3个;(22)
其中,Z10(h10)表示所述第六透镜的物侧面的非球面面形方程,Z11(h11)表示所述第六透镜的像侧面的非球面面形方程,h10表示所述第六透镜的物侧面的曲面到光轴的距离,h11表示所述第六透镜的像侧面的曲面到光轴的距离,S10表示所述第六透镜的物侧面的有效半口径,S11表示所述第六透镜的像侧面的有效半口径。第六透镜的物侧面和像侧面均设置有反曲点,满足条件式(21)、(22),通过增加非球面面形方程的零点解个数可以增加面形的反曲,面形反曲有利于矫正像平面弯曲的现象,达到全视场成像质量均匀的目的。
在一些实施方式中,所述光学成像镜头满足以下条件式:
-20°<| ϕ11|-| ϕ10| <20°;(23)
其中,ϕ10表示所述第六透镜的物侧面在有效半口径处的面心角,面心角即面法线与光轴的夹角,一般为锐角,ϕ11表示所述第六透镜的像侧面在有效半口径处的面心角。满足上述条件式(23),通过减小第六透镜的物侧面的面心角和第六透镜的像侧面的面心角之间的差异,在温度变化时,第六透镜所有视场的光焦度变化值接近,使得所有视场的离焦曲线一致性更好,有利于改善镜头的温度性能。
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。
在本发明各个实施例中,当光学成像镜头中的透镜为非球面透镜时,透镜的非球面面型均满足如下方程式:
其中,z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离,c表示曲面顶点的曲率,K表示二次曲面系数,h表示光轴到曲面的距离,B、C、D、E、F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶曲面系数。
第一实施例
请参阅图1,所示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S14依次包含:第一透镜L1,第二透镜L2,第三透镜L3,光阑ST,第四透镜L4,第五透镜L5,第六透镜L6以及滤光片G1。
第一透镜L1具有负光焦度,第一透镜的物侧面S1为凸面,第一透镜的像侧面S2为凹面;
第二透镜L2具有负光焦度,第二透镜的物侧面S3为凹面,第二透镜的像侧面S4在近光轴处为凸面;
第三透镜L3具有正光焦度,第三透镜的物侧面S5和像侧面S6均为凸面;
第四透镜L4具有正光焦度,第四透镜的物侧面S7和像侧面均为凸面;
第五透镜L5具有负光焦度,第五透镜的物侧面为凹面,第五透镜的像侧面S9为凸面,其中,第四透镜L4和第五透镜L5组成胶合透镜组,第四透镜的像侧面和第五透镜的物侧面组成胶合面S8;
第六透镜L6具有正光焦度,第六透镜的物侧面S10在近光轴处为凸面,第六透镜的像侧面S11在近光轴处为凹面;
滤光片G1的物侧面为S12、像侧面为S13。
其中,第一透镜L1和第三透镜L3为玻璃球面镜片,第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6为塑胶非球面镜片。
请参阅表1,为本发明第一实施例中提供的光学成像镜头100中各个镜片的相关参数。
表1
本实施例中的光学成像镜头100的各非球面的面型系数如表2所示。
表2
请参照图2、图3和图4,所示分别为本实施例中光学成像镜头100的相对照度曲线图、f-θ畸变曲线图和MTF曲线图。
图2的相对照度曲线表示成像面上不同视场角度的相对照度值。其中,图2中横轴表示视场角(单位:度),纵轴表示相对照度值(归一化值,最大刻度值为1.0)。从图2中可以看出,在全视场角内的相对照度值均大于0.8,说明光学成像镜头100的通光性能良好。
图3的f-θ畸变曲线表示成像面上不同视场角度的f-θ畸变值。其中,图3中横轴表示f-θ畸变值(百分比),纵轴表示视场角(单位:度)。从图3中可以看出,全视场角度内的f-θ畸变值控制在±3%以内,且镜头的像高与视场角的关系趋近于线性变化,说明图像画面比例更加真实。
图4的MTF曲线表示不同空间频率的近轴MTF。其中,图4中横轴表示空间频率(单位:线对/毫米),纵轴表示MTF值。从图4中可以看出,在最大空间频率下的近轴MTF值在0.6以上,说明光学成像镜头100的近轴像差得到良好的校正。
第二实施例
请参阅图5,所示为本发明第二实施例提供的光学成像镜头200的结构示意图,本实施例当中的光学成像镜头200与第一实施例当中的光学成像镜头100大抵相同,不同之处在于,各个透镜的曲率半径、材质、厚度等有所不同,具体各个透镜的相关参数参见表3所示。
表3
本实施例中的光学成像镜头200的各非球面的面型系数如表4所示。
表4
请参照图6、图7和图8,所示分别为本实施例中光学成像镜头的相对照度曲线图、f-θ畸变曲线图和MTF曲线图。从图6中可以看出,在全视场角内的相对照度值均大于0.8,说明光学成像镜头200的通光性能良好。从图7中可以看出,全视场角度内的f-θ畸变值控制在±4%以内,且镜头的像高与视场角的关系趋近于线性变化,说明图像画面比例更加真实。从图8中可以看出,在最大空间频率下的近轴MTF值均不小于0.6,说明光学成像镜头200的近轴像差得到良好的校正。
表5是上述实施例中对应的光学特性,包括系统的焦距f、光学总长TTL、视场角FOV、光圈数F#和前面所述每个条件式对应的数值。
表5
综上,本发明提供的光学成像镜头采用六片玻塑混合镜片搭配,通过各镜片面型的合理配置以及光焦度的合理搭配,使镜头在实现良好成像质量的同时,具有热稳定性好、大光圈以及大像面的效果;而且使用多片塑胶透镜,能够很大程度上降低生产成本,同时保证优秀的成像质量。
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,本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种光学成像镜头,其特征在于,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凸面,所述第一透镜的像侧面为凹面;
具有负光焦度的第二透镜,所述第二透镜的物侧面为凹面,所述第二透镜的像侧面在近光轴处为凸面;
具有正光焦度的第三透镜,所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面;
光阑;
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;
具有负光焦度的第五透镜,所述第五透镜的物侧面为凹面,所述第五透镜的像侧面为凸面,且所述第四透镜和所述第五透镜组成胶合透镜组;
具有正光焦度的第六透镜,所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面,所述第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面,所述第六透镜的物侧面和像侧面均设置有反曲点;
其中,所述光学成像镜头至少包含一个玻璃透镜和一个塑胶透镜;
所述光学成像镜头满足条件式:
5<TTL/IH<6;
4<f6/f<6;
其中,TTL表示所述光学成像镜头的光学总长,IH表示所述光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半,f6表示所述第六透镜的焦距,f表示所述光学成像镜头的焦距。
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条件式:
1.0<f/IH<1.3;
f/EPD<1.8;
其中,f表示所述光学成像镜头的焦距,EPD表示所述光学成像镜头的入瞳直径。
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:
-2<f1/f<-1;
其中,f1表示所述第一透镜的焦距,f表示所述光学成像镜头的焦距。
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:
-1.7<f2/f<-0.5;
其中,f2表示所述第二透镜的焦距,f表示所述光学成像镜头的焦距。
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<R3/R4<0.2;
-0.2<f/R4<0;
其中,R3表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径,R4表示所述第二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。
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:
0.1<R8/R9<0.3;
-4<R9/f<-1;
其中,R8表示所述胶合透镜组的胶合面的曲率半径,R9表示所述第五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。
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:
0.6<R10/R11<1;
0.5<R11/f<2;
其中,R10表示所述第六透镜的物侧面的曲率半径,R11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。
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:
300<TTL/T23<400;
12<TTL/T56<18;
其中,T23表示所述第二透镜和所述第三透镜在光轴上的空气间隔,T56表示所述第五透镜和所述第六透镜在光轴上的空气间隔。
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:
2.3<Vd4/Vd5<2.6;
0.9<Nd4/Nd5<1;
其中,Vd4表示所述第四透镜的阿贝数,Vd5表示所述第五透镜的阿贝数,Nd4表示所述第四透镜的折射率,Nd5表示所述第五透镜的折射率。
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