CN116027518B - 光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学镜头，共四片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次为：具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；所述光学镜头的有效焦距f与所述第一透镜的焦距f₁满足：f₁/f＞35。本发明提供的光学镜头可以有效地限制镜头的长度，有利于实现光学镜头小型化；具有高像素，高折射率满足红外波段的要求；通过合理的搭配各透镜之间的镜片形状与光焦度组合，减小像差和畸变等问题，提高光学镜头的成像品质。

Description

光学镜头

技术领域

本发明涉及成像镜头的技术领域，特别是涉及一种光学镜头。

背景技术

伴随着人们对驾驶体验的要求不断提高，车载应用类光学镜头在智能驾驶上的使用越来越多，车载光学镜头在汽车相关行业中的地位不断提升。

车载DMS系统摄像头属于成像类摄像头主要应用于舱内，其主要功能包括驾驶员疲劳检测、人脸识别等功能。镜头主要安装于汽车仪表盘上，所以要求镜头尺寸较小，因此镜头的小型化至关重要。其次，该光学镜头需要小的像差，以提高成像效果，现有镜头捕捉图像时，由于眼镜反光以及车内光线环境复杂等原因，影响成像效果，从而影响识别率，难以满足使用需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种光学镜头，具有小型化，镜头成像质量高的优点。

本发明的目的在于提供一种光学镜头，共四片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次为：

具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；

光阑；

具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面；

具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；

具有负光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述光学镜头的有效焦距f与所述第一透镜的焦距f₁满足：f₁/f＞35。

进一步地优选，所述光学镜头的有效焦距f与所述第二透镜的焦距f₂满足：1.1＜f₂/f＜1.5。

进一步地优选，所述光学镜头的光学总长TTL与有效焦距f满足：TTL/f＜2.2。

进一步地优选，所述光学镜头的有效焦距f与最大视场角所对应的真实像高IH满足：1.30＜IH/f＜1.45。

进一步地优选，所述第一透镜的物侧面的曲率半径R₁与像侧面的曲率半径R₂满足：0.9＜R₁/R₂＜1.0。

进一步地优选，所述第一透镜的像侧面的曲率半径R₂与所述第二透镜的物侧面的曲率半径R₃满足：-1.0≤R₂/R₃＜-0.7。

进一步地优选，所述光学镜头的最大视场角FOV、所述第一透镜的物侧面有效工作口径D₁和最大视场角所对应的真实像高IH满足：0.6＜D₁/IH/tan(FOV/2)＜0.7。

进一步地优选，所述第四透镜的物侧面矢高Sag₇与第四透镜的物侧面通光半口径d₇满足：-0.1＜Sag₇/d₇＜0.3。

进一步地优选，所述第四透镜的像侧面矢高Sag₈与第四透镜的像侧面通光半口径d₈满足：0＜Sag₈/d₈＜0.3。

进一步地优选，所述第一透镜的折射率Nd₁满足：Nd₁≥1.73。

进一步地优选，所述第二透镜的折射率Nd₂满足：Nd₂≥1.8。

本发明提供的光学镜头可以有效地限制镜头的长度，有利于实现光学镜头小型化；具有高像素，高折射率满足红外波段的要求；通过合理的搭配各透镜之间的镜片形状与光焦度组合，减小像差和畸变等问题，提高光学镜头的成像品质。

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为本发明实施例1中光学镜头的结构示意图。

图2为本发明实施例1中光学镜头的场曲曲线图。

图3为本发明实施例1中光学镜头的相对照度曲线图。

图4为本发明实施例1中光学镜头的MTF曲线图。

图5为本发明实施例2中光学镜头的结构示意图。

图6为本发明实施例2中光学镜头的场曲曲线图。

图7为本发明实施例2中光学镜头的相对照度曲线图。

图8为本发明实施例2中光学镜头的MTF曲线图。

图9为本发明实施例3中光学镜头的结构示意图。

图10为本发明实施例3中光学镜头的场曲曲线图。

图11为本发明实施例3中光学镜头的相对照度曲线图。

图12为本发明实施例3中光学镜头的MTF曲线图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的实施例的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本发明的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

在本文中，近轴区域是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凹面。每个透镜最靠近被摄物体的表面称为该透镜的物侧面，每个透镜最靠近成像面的表面称为该透镜的像侧面。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

根据本发明实施例的光学镜头沿光轴从物侧到像侧依次包括：第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、滤光片和保护玻璃。

在一些实施例中，第一透镜可具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第二透镜可具有正光焦度，其物侧面为凸面；第三透镜可具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第四透镜可具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。

在一些实施例中，光学镜头的有效焦距f与第一透镜的焦距f₁满足：f₁/f＞35。满足上述范围，可以提高光学镜头的成像质量，减小像差和畸变等问题，同时还可以缩小光学镜头的体积。

在一些实施例中，光学镜头的有效焦距f与第二透镜的焦距f₂满足：1.1＜f₂/f＜1.5。满足上述范围，可以使光线汇聚更快，从而增大光学镜头的视场角，同时还可以增加光学镜头的光通量。

在一些实施例中，光学镜头的光学总长TTL与有效焦距f满足：TTL/f＜2.2。满足上述范围，可以有效地限制镜头的长度，实现光学镜头小型化。

在一些实施例中，光学镜头的有效焦距f与最大视场角所对应的真实像高IH满足：1.30＜IH/f＜1.45。满足上述范围，能够实现高像素，提升光学镜头的成像品质。

在一些实施例中，第一透镜的物侧面的曲率半径R₁与像侧面的曲率半径R₂满足：0.9＜R₁/R₂＜1.0。第一透镜采用同心圆的结构，可以降低第一透镜自身产生的各类像差，提高光学镜头的成像品质。

在一些实施例中，第一透镜的像侧面的曲率半径R₂与第二透镜的物侧面的曲率半径R₃满足：-1.0≤R₂/R₃＜-0.7。满足上述范围，使得第一透镜的像侧面和第二透镜的物侧面接近对称结构，可以优化球差，提高光学镜头的成像品质。

在一些实施例中，光学镜头的最大视场角FOV、第一透镜的物侧面有效工作口径D₁和最大视场角所对应的真实像高IH满足：0.6＜D₁/IH/tan(FOV/2)＜0.7。满足上述范围，可以在满足光学镜头具有大视场角与大像面的同时前端口径小。

在一些实施例中，第四透镜的物侧面矢高Sag₇与第四透镜的物侧面通光半口径d₇满足：-0.1＜Sag₇/d₇＜0.3。第四透镜的像侧面矢高Sag₈与第四透镜的像侧面通光半口径d₈满足：0＜Sag₈/d₈＜0.3。第四透镜采用非球面透镜的面型，可以消除彗差和像散，提升光学镜头的成像品质。

在一些实施例中，第一透镜的折射率Nd₁满足：Nd₁≥1.73，第二透镜的折射率Nd₂满足：Nd₂≥1.8。第一透镜和第二透镜采用高折射率玻璃，高折射率满足红外波段的要求，可以使得在光线环境复杂的情况下满足使用要求。

为使系统具有更好的光学性能，镜头中采用多片非球面透镜，所述光学镜头的各非球面表面形状满足下列方程：

；

其中，z为曲面与曲面顶点在光轴方向的距离，h为光轴到曲面的距离，c为曲面顶点的曲率，K为二次曲面系数，A、B、C、D、E、F、G、H分别为二阶、四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶和十六阶曲面系数。

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。

实施例1

请参阅图1，所示为本发明实施例1中提供的光学镜头的结构示意图，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1、光阑ST、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、滤光片G1以及保护玻璃G2。

第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1为凹面，像侧面S2为凸面；

光阑ST；

第二透镜L2具有正光焦度，其物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面；

第三透镜L3具有正光焦度，其物侧面S5为凹面，像侧面S6为凸面；

第四透镜L4具有负光焦度，其物侧面S7为凸面，像侧面S8为凹面；

滤光片G1的物侧面S9、像侧面S10均为平面；

保护玻璃G2的物侧面S11、像侧面S12均为平面；

成像面S13为平面。

实施例1中的光学镜头中各透镜的相关参数如表1-1所示。

表1-1

实施例1中的光学镜头的非球面透镜的面型参数如表1-2所示。

表1-2

在本实施例中，光学镜头的场曲曲线图、相对照度曲线图、MTF曲线图分别如图2、图3、图4所示。

图2示出了实施例1的场曲曲线，其表示不同波长的光线在子午像面和弧矢像面的弯曲程度，横轴表示偏移量(单位：mm)，纵轴表示半视场角(单位：°)。从图中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.06mm以内，说明光学镜头能够良好地矫正场曲。

图3示出了实施例1的相对照度曲线，其表示成像面上不同视场角度的相对照度值，横轴表示半视场角（单位：°），纵轴表示相对照度（单位：%）。从图中可以看出，在最大半视场角时光学镜头的相对照度值仍大于60%，说明光学镜头具有较好地相对照度。

图4示出了实施例1的MTF（调制传递函数）曲线图，其表示各视场下不同空间频率的镜头成像调制度，横轴表示空间频率(单位：lp/mm)，纵轴表示MTF值。从图中可以看出，本实施例的MTF值在全视场内均在0.4以上，在0～160lp/mm的范围内，从中心至边缘视场的过程中MTF曲线均匀平滑下降，在低频和高频情况下都具有较好的成像品质和较好的细节分辨能力。

实施例2

请参阅图5，所示为本发明实施例2中提供的光学镜头的结构示意图，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1、光阑ST、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、滤光片G1以及保护玻璃G2。

第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1为凹面，像侧面S2为凸面；

光阑ST；

第二透镜L2具有正光焦度，其物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面；

第三透镜L3具有正光焦度，其物侧面S5为凹面，像侧面S6为凸面；

第四透镜L4具有负光焦度，其物侧面S7为凸面，像侧面S8为凹面；

滤光片G1的物侧面S9、像侧面S10均为平面；

保护玻璃G2的物侧面S11、像侧面S12均为平面；

成像面S13为平面。

实施例2中的光学镜头中各透镜的相关参数如表2-1所示。

表2-1

实施例2中的光学镜头的非球面透镜的面型参数如表2-2所示。

表2-2

在本实施例中，光学镜头的场曲曲线图、相对照度曲线图、MTF曲线图分别如图6、图7、图8所示。

图6示出了实施例2的场曲曲线，其表示不同波长的光线在子午像面和弧矢像面的弯曲程度，横轴表示偏移量(单位：mm)，纵轴表示半视场角(单位：°)。从图中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.06mm以内，说明光学镜头能够良好地矫正场曲。

图7示出了实施例2的相对照度曲线，其表示成像面上不同视场角度的相对照度值，横轴表示半视场角（单位：°），纵轴表示相对照度（单位：%）。从图中可以看出，在最大半视场角时光学镜头的相对照度值仍大于60%，说明光学镜头具有较好地相对照度。

图8示出了实施例2的MTF（调制传递函数）曲线图，其表示各视场下不同空间频率的镜头成像调制度，横轴表示空间频率(单位：lp/mm)，纵轴表示MTF值。从图中可以看出，本实施例的MTF值在全视场内均在0.4以上，在0～160lp/mm的范围内，从中心至边缘视场的过程中MTF曲线均匀平滑下降，在低频和高频情况下都具有较好的成像品质和较好的细节分辨能力。

实施例3

请参阅图9，所示为本发明实施例3中提供的光学镜头的结构示意图，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1、光阑ST、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、滤光片G1以及保护玻璃G2。

第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1为凹面，像侧面S2为凸面；

光阑ST；

第二透镜L2具有正光焦度，其物侧面S3为凸面，像侧面S4为凸面；

第三透镜L3具有正光焦度，其物侧面S5为凹面，像侧面S6为凸面；

第四透镜L4具有负光焦度，其物侧面S7为凸面，像侧面S8为凹面；

滤光片G1的物侧面S9、像侧面S10均为平面；

保护玻璃G2的物侧面S11、像侧面S12均为平面；

成像面S13为平面。

实施例3中的光学镜头中各透镜的相关参数如表3-1所示。

表3-1

实施例3中的光学镜头的非球面透镜的面型参数如表3-2所示。

表3-2

在本实施例中，光学镜头的场曲曲线图、相对照度曲线图、MTF曲线图分别如图10、图11、图12所示。

图10示出了实施例3的场曲曲线，其表示不同波长的光线在子午像面和弧矢像面的弯曲程度，横轴表示偏移量(单位：mm)，纵轴表示半视场角(单位：°)。从图中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.06mm以内，说明光学镜头能够良好地矫正场曲。

图11示出了实施例3的相对照度曲线，其表示成像面上不同视场角度的相对照度值，横轴表示半视场角（单位：°），纵轴表示相对照度（单位：%）。从图中可以看出，在最大半视场角时光学镜头的相对照度值仍大于60%，说明光学镜头具有较好地相对照度。

图12示出了实施例3的MTF（调制传递函数）曲线图，其表示各视场下不同空间频率的镜头成像调制度，横轴表示空间频率(单位：lp/mm)，纵轴表示MTF值。从图中可以看出，本实施例的MTF值在全视场内均在0.4以上，在0～160lp/mm的范围内，从中心至边缘视场的过程中MTF曲线均匀平滑下降，在低频和高频情况下都具有较好的成像品质和较好的细节分辨能力。

请参阅表4，为上述各实施例对应的光学特性，包括所述光学镜头的有效焦距f、光学总长TTL、光圈值FNO、真实像高IH以及最大视场角FOV以及与各实施例中每个条件式对应的数值。

表4

综合上述实施例，本发明提供的光学镜头可以有效地限制镜头的长度，有利于实现光学镜头小型化；具有高像素，高折射率满足红外波段的要求；通过合理的搭配各透镜之间的镜片形状与光焦度组合，减小像差和畸变等问题，提高光学镜头的成像品质。

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专利范围的限制。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，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光学镜头，共四片透镜，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次为：

具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；

光阑；

具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面；

具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；

具有负光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述光学镜头的有效焦距f与所述第一透镜的焦距f₁满足：f₁/f＞35。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学总长TTL与有效焦距f满足：TTL/f＜2.2。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的有效焦距f与最大视场角所对应的真实像高IH满足：1.30＜IH/f＜1.45。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面的曲率半径R₁与像侧面的曲率半径R₂满足：0.9＜R₁/R₂＜1.0。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的像侧面的曲率半径R₂与所述第二透镜的物侧面的曲率半径R₃满足：-1.0≤R₂/R₃＜-0.7。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的最大视场角FOV、所述第一透镜的物侧面有效工作口径D₁和最大视场角所对应的真实像高IH满足：0.6＜D₁/IH/tan(FOV/2)＜0.7。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第四透镜的物侧面矢高Sag₇与第四透镜的物侧面通光半口径d₇满足：-0.1＜Sag₇/d₇＜0.3。

8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第四透镜的像侧面矢高Sag₈与第四透镜的像侧面通光半口径d₈满足：0＜Sag₈/d₈＜0.3。

9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的折射率Nd₁满足：Nd₁≥1.73。

10.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的折射率Nd₂满足：Nd₂≥1.8。

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