CN116009207A - 一种镜头及摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜头及摄像装置，由物侧至像侧依次排列第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第三负光焦度透镜、滤光片和像面；所述镜头满足以下条件：

其中，f₁为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。实现了一种高解像力兼顾大靶面、低成本、大光圈等特点的光学镜头。

Description

一种镜头及摄像装置

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种镜头及摄像装置。

背景技术

得益于近年来自动驾驶的高速发展，车载光学镜头在自动驾驶领域得到越来越多的应用，尤其是在车载镜头、激光雷达等，这一类镜头除了像素高、体积小的要求以外，其他要求也越来越多，比如视场角大、焦距长、FNO小、照度高、畸变小等其他根据应用的不同而需要特别要求的性能。但是一些性能往往难以同时达成较好的效果。

随着激光雷达领域的快速发展，现在的光学成像镜头中仍然存在如下问题，1、现有的光学定焦镜头，成像靶面小，大多数集中在1/2.7英寸，无法满足现在的使用需求。2、市面上现有的定焦镜头，一般光圈较小，F数均为F1.6及以上。3、镜头的光学镜片数量较多，在提升成像质量的同时，整个镜头尺寸也增大了，无法完成小型化的设计要求。

因此，目前市面上急需一款高解像力兼顾大靶面、低成本、大光圈等特点的光学镜头。

发明内容

本发明实施例提供了一种镜头及摄像装置，用以提供一种高解像力兼顾大靶面、低成本、大光圈等特点的光学镜头。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第三负光焦度透镜、滤光片和像面；

所述镜头满足以下条件：

其中，f₁为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。

进一步地，所述第一正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；

所述第二正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第一负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第二负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第四正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面。

进一步地，所述第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜和第三负光焦度透镜为玻璃球面透镜；

所述第三正光焦度透镜和第四正光焦度透镜为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜。

进一步地，所述第一正光焦度透镜像侧面的中心曲率半径R2与所述第二正光焦度透镜的物侧面的中心曲率半径R3之间满足：

进一步地，所述第一负光焦度透镜的焦距f3与所述第三正光焦度透镜的焦距f5之间满足：

进一步地，所述第二正光焦度透镜的焦距的f2,第三负光焦度透镜的焦距的f5满足：f2≤23；f5≤15。

进一步地，所述第一正光焦度透镜的阿贝数Vd1，第四正光焦度透镜的阿贝数Vd6满足：Vd1≤30；Vd6≥37。

进一步地，所述第二负光焦度透镜的折射率Nd4，第三负光焦度透镜的折射率Nd7满足：Nd4≤1.85；Nd7≤1.95。

进一步地，所述第一负光焦度透镜和所述第二负光焦度透镜之间设置孔径光阑。

另一方面，本申请提供了一种摄像装置，所述摄像装置具备：采用上述任一项所述的镜头进行成像。

本发明实施例提供了一种镜头及摄像装置，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第三负光焦度透镜、滤光片和像面；所述镜头满足以下条件：

其中，f₁为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列7个特定光焦度的透镜，并且镜头满足：

实现了一种高解像力兼顾大靶面、低成本、大光圈等特点的光学镜头。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的镜头结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；

图3为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；

图4为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；

图5为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的点列图；

图6为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；

图7为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；

图8为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；

图9为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的点列图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例1提供的一种镜头示意图，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一正光焦度透镜L1、第二正光焦度透镜L2、第一负光焦度透镜L3、第二负光焦度透镜L4、第三正光焦度透镜L5、第四正光焦度透镜L6、第三负光焦度透镜L7、滤光片M和像面N；

所述镜头满足以下条件：

其中，f₁为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。

所述第一负光焦度透镜和所述第二负光焦度透镜之间设置孔径光阑P。

孔径光阑的口径大小决定了系统的光圈值以及拍摄时的景深大小，其口径大小可以固定不变，或者根据需要放置可调整口径的孔径光阑以实现通光口径可调，即有可变系统光圈值和改变景深的目的。

由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列7个特定光焦度的透镜，并且镜头满足：

实现了一种高解像力兼顾大靶面、低成本、大光圈等特点的光学镜头。

为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；

所述第二正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第一负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第二负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第四正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面。

为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜和第三负光焦度透镜为玻璃球面透镜；

所述第三正光焦度透镜和第四正光焦度透镜为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜。

为了进一步提高镜头的成像质量，并且提高镜头的加工性能，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜像侧面的中心曲率半径R2与所述第二正光焦度透镜的物侧面的中心曲率半径R3之间满足：

为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一负光焦度透镜的焦距f3与所述第三正光焦度透镜的焦距f5之间满足：

为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第二正光焦度透镜的焦距的f2,第三负光焦度透镜的焦距的f5满足：f2≤23；f5≤15。

在本发明实施例中，为了在镜头在较大的温度范围内都能清晰成像，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜的阿贝数Vd1，第四正光焦度透镜的阿贝数Vd6满足：Vd1≤30；Vd6≥37。另外，满足：Vd1≤30；Vd6≥37还可以降低图像的色差，从而提高成像质量。

为了提高镜头的成像质量，减小镜头的总长度，在本发明实施例中，所述第二负光焦度透镜的折射率Nd4，第三负光焦度透镜的折射率Nd7满足：Nd4≤1.85；Nd7≤1.95。并且，满足：Nd4≤1.85；Nd7≤1.95还可以降低球差，提高成像质量。

另一方面，本发明实施例提供了一种摄像装置，所述摄像装置具备：采用上述镜头进行成像。

本发明实施例提供的镜头所实现的光学性能如下：

光学镜头成像靶面可以最高支持1/1.4英寸，在有效实现镜头高解析力的同时确保成像质量，能够适应-40℃～120℃环境使用。成像最高可最大支持靶面1/1.4英寸的sensor使用，镜头机械总长不超过34mm；全视场MTF值在100lp/mm情况下，达到0.5以上；光圈较大，F数为1.4，特别适用低照度条件下的监控需求；能够满足不同温度下的需求。

下面针对本发明实施例提供的镜头参数进行举例说明。

实施例1：

在具体实施过程中，所述镜头的各个透镜的曲率半径R、中心厚度Tc、折射率Nd、阿贝常数Vd和圆锥系数k满足表1所列的条件：

表1

需要说明的是，表1中的镜面序号为图1所示的镜头结构示意图中，由左到右的透镜的面号。

其中，本发明实施例中的透镜L5和L6为非球面透镜。

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，Z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。

表2

本实施例所提供的镜头具有如下光学技术指标：

光学总长TTL≤33mm；

镜头焦距f：20.8mm；

镜头的视场角：28.7°；

镜头的光学畸变：5.9％；

镜头系统的光圈：FNO≤1.4；

镜头像面尺寸：φ5.6mm。

在本实施例中，透镜L1的焦距为f₁，镜头系统的焦距f，镜头的视场角为FOV，满足

光学镜头的透镜L1像侧面的中心曲率半径R2与所述透镜L2的物侧面的中心曲率半径R3之间满足

透镜L3的焦距f3与所述光学镜头的透镜L5的焦距f5之间满足

光学镜头的透镜L2的焦距的f2＝18.28,透镜L5的焦距的f5＝14.51；光学镜头的透镜L1的阿贝数Vd1＝29.13，透镜L6的阿贝数Vd6＝37.20；光学镜头的透镜L4的折射率Nd4＝1.75，透镜L7的折射率Nd7＝1.95。

实施例2：

在具体实施过程中，所述镜头的各个透镜的曲率半径R、中心厚度Tc、折射率Nd、阿贝常数Vd和圆锥系数k满足表3所列的条件：

表3

需要说明的是，表3中的镜面序号为图1所示的镜头结构示意图中，由左到右的透镜的面号。

其中，本发明实施例中的透镜L5和L6为非球面透镜。

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，Z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。

表4

本实施例所提供的镜头具有如下光学技术指标：

光学总长TTL≤34mm；

镜头焦距f：24.7mm；

镜头的视场角：24.6°；

镜头的光学畸变：4.9％；

镜头系统的光圈：FNO≤1.4；

镜头像面尺寸：φ5.6mm。

在本发明实施例2中，透镜L1的焦距为f1，镜头的焦距f，镜头的视场角为FOV，满足

光学镜头的透镜L1像侧面的中心曲率半径R2与所述透镜L2的物侧面的中心曲率半径R3之间满足

透镜L3的焦距f3与所述光学镜头的透镜L5的焦距f5之间满足

光学镜头的透镜L2的焦距的f2＝22.68,透镜L5的焦距的f5＝14.46；光学镜头的透镜L1的阿贝数Vd1＝17.98，透镜L6的阿贝数Vd6＝46.77；光学镜头的透镜L4的折射率Nd4＝1.85，透镜L7的折射率Nd7＝1.73。

综上，实施例1至实施例2分别满足以下表5所示的关系。

表5

下面通过对实施例进行详细的光学系统分析，进一步介绍本实施例所提供的镜头。

光学传递函数是用来评价一个光学系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对像差进行了很好的校正。

如图2所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；

如图3所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；

如图4所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；

如图5所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的点列图；

如图6所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；

如图7所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；

如图8所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；

如图9所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的点列图。

从图2和图6中可知，该成像系统在可见光部分常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、较为集中，而且全视场(半像高Y’＝2.8mm)MTF平均值达到0.5以上；可见本实施例提供的该成像系统，能够达到较高的成像要求。

从图3和图7中可以看到，该成像系统的场曲控制在±0.1mm以内。场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。T代表子午场曲，S代表弧矢场曲。场曲曲线显示作为视场坐标函数的当前的焦平面或像平面到近轴焦面的距离，子午场曲数据是沿着Z轴测量的从当前所确定的聚焦面到近轴焦面的距离，并且是在子午(YZ面)上测量的。弧矢场曲数据测量的是在与子午面垂直的平面上测量的距离，示意图中的基线是在光轴上，曲线顶部代表最大视场(角度或高度)，在纵轴上不设置单位，这是因为曲线总是用最大的径向视场来归一化的。

从图3和图7中可知，该成像系统畸变控制较好，在10％以内。一般来说，镜头畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真对于照片的成像质量是非常不利的，毕竟摄影的目的是为了再现，而非夸张，但因为这是透镜的固有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线)，所以无法消除，只能改善。由图2可见，本发明实施例1提供的定焦镜头畸变为5.9％，本发明实施例2提供的定焦镜头畸变仅为4.9％，这样设置畸变是为了平衡焦距，视场角及对应相机靶面的大小，畸变造成的形变可以通过后期图像处理对其进行校正。

从图4和图8中可知，光扇图中曲线较为集中，该成像系统的球差及色散也控制较好。

从图5和图9中可知，该成像系统光斑半径较小，也比较集中，对应的像差和慧差也很好。

图4和图8中，EX表示X方向像差，EY表示Y方向像差，PX表示归一化X方向光瞳坐标，PY表示归一化Y方向光瞳坐标。

综上所述，本发明实施例提供了一种低成本、大靶面、大光圈、成像高清的光学镜头。采用7个特定结构形状的光学透镜，并按照特定顺序从物侧至像侧依次排列，以及通过各个光学透镜的特定的光焦度的分配及组合，使得该成像系统的能够实现较好的畸变控制及出色的成像特性。

本发明实施例提供了一种镜头及摄像装置，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第三负光焦度透镜、滤光片和像面；所述镜头满足以下条件：

其中，f₁为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列7个特定光焦度的透镜，并且镜头满足：

实现了一种高解像力兼顾大靶面、低成本、大光圈等特点的光学镜头。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种镜头，其特征在于，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第三负光焦度透镜、滤光片和像面；

所述镜头满足以下条件：

其中，f₁为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。

2.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；

所述第二正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第一负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第二负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第四正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面。

3.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜和第三负光焦度透镜为玻璃球面透镜；

所述第三正光焦度透镜和第四正光焦度透镜为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜。

4.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一正光焦度透镜像侧面的中心曲率半径R2与所述第二正光焦度透镜的物侧面的中心曲率半径R3之间满足：

5.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一负光焦度透镜的焦距f3与所述第三正光焦度透镜的焦距f5之间满足：

6.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二正光焦度透镜的焦距的f2,第三负光焦度透镜的焦距的f5满足：f2≤23；f5≤15。

7.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一正光焦度透镜的阿贝数Vd1，第四正光焦度透镜的阿贝数Vd6满足：Vd1≤30；Vd6≥37。

8.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二负光焦度透镜的折射率Nd4，第三负光焦度透镜的折射率Nd7满足：Nd4≤1.85；Nd7≤1.95。

9.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一负光焦度透镜和所述第二负光焦度透镜之间设置孔径光阑。

10.一种摄像装置，其特征在于，所述摄像装置具备：采用上述权利要求1至9中的任一项所述的镜头进行成像。

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