CN116719152A - 光学镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学镜头，该光学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；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；光阑；具有正光焦度的第四透镜；具有负光焦度的第五透镜，其像侧面为凹面；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面。本发明通过合理约束各透镜的面型及光焦度，使其满足日夜共焦、大视场角、长后焦的特点。
Description
技术领域
本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种光学镜头。
背景技术
当下，智能门铃行业前景非常广阔，由于人们对于家庭安全的需求越来越高，智能门铃已经成为了家庭安防的重要组成部分。智能门铃的核心功能之一就是视频监控，因此视频质量的提升一直是行业关注的重点，未来将会在白天及夜间视频质量、画面稳定性等方面不断提升。因此，日夜共焦镜头在智能门铃行业普遍采用，也是未来发展趋势。
然而，现有的大部分用于安防的日夜共焦镜头，普遍存在清晰度不够高，红外可见离焦量大，很难同时实现白天夜晚成像的清晰度要求。另外，玻塑混合镜头一般采用玻璃镜片替代镜头中的一部分塑胶镜片，如目前比较主流的做法是采用5片塑胶镜片搭配1片玻璃镜片。玻塑混合镜头与全塑料镜头相比有更高的透光率和更稳定的化学性能，能够改善在不同明暗度下的成像效果，是未来镜头的发展趋势。但是，如何设计出日夜共焦、大视场角和长后焦的玻塑混合镜头仍是当前急需解决的问题之一。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头，至少具有日夜共焦、大视场角和长后焦的优点。
本发明实施例通过以下技术方案实现上述发明目的。
本发明提供了一种光学镜头，该光学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；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；光阑；具有正光焦度的第四透镜；具有负光焦度的第五透镜，其像侧面为凹面；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；其中，所述光学镜头的光学总长TTL、所述光学镜头最大半视场角所对应的像高IH及所述光学镜头的最大半视角θ满足：0.05＜TTL/IH/θ＜0.06；所述第一透镜、所述第三透镜及所述第四透镜均为玻璃球面镜片，所述第二透镜、所述第五透镜以及所述第六透镜均为塑胶非球面镜片。
相较于现有技术，本发明提供的光学镜头，采用3片玻璃镜片+3片塑胶镜片组成，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，以及合理设置各透镜的厚度和透镜间的间距，使得该光学镜头同时具有日夜共焦、大视场角、长后焦、结构紧凑和高像素的特点。
附图说明
图1为本发明第一实施例的光学镜头的结构示意图。
图2为本发明第一实施例的光学镜头的F-θ畸变曲线图。
图3为本发明第一实施例的光学镜头的场曲曲线图。
图4为本发明第一实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。
图5为本发明第一实施例的光学镜头的可见光中心视场TF曲线图。
图6为本发明第一实施例的光学镜头的红外光中心视场TF曲线图。
图7为本发明第二实施例的光学镜头的结构示意图。
图8为本发明第二实施例的光学镜头的F-θ畸变曲线图。
图9为本发明第二实施例的光学镜头的场曲曲线图。
图10为本发明第二实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。
图11为本发明第二实施例的光学镜头的可见光中心视场TF曲线图。
图12为本发明第二实施例的光学镜头的红外光中心视场TF曲线图。
图13为本发明第三实施例的光学镜头的结构示意图。
图14为本发明第三实施例的光学镜头的F-θ畸变曲线图。
图15为本发明第三实施例的光学镜头的场曲曲线图。
图16为本发明第三实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。
图17为本发明第三实施例的光学镜头的可见光中心视场TF曲线图。
图18为本发明第三实施例的光学镜头的红外光中心视场TF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。
本发明提出了一种光学镜头，该光学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，且各个透镜的光学中心位于同一直线上。
具体的，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；第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凸面；第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凸面；第四透镜具有正光焦度；第五透镜具有负光焦度，第五透镜的像侧面为凹面；第六透镜具有正光焦度，第六透镜的物侧面为凸面，第六透镜的像侧面为凸面；其中，第一透镜、第三透镜及第四透镜均为玻璃球面镜片，第二透镜、第五透镜以及第六透镜均为塑胶非球面镜片。
在一些实施例中，光学镜头的光学总长TTL与光学镜头最大半视场角所对应的像高IH及光学镜头的最大半视场角θ满足：0.05＜TTL/IH/θ＜0.06。满足上述范围，通过合理控制光学镜头的光学总长与最大半视场角所对应的像高以及最大半视场角的比值，有利于缩短光学镜头的整体长度，同时可使光学镜头满足超广视场角的同时，能够搭配较大尺寸的芯片。
在一些实施例中，光学镜头的光学总长TTL与光学镜头的有效焦距f满足：6.5＜TTL/f＜7.1。满足上述范围，通过合理控制光学镜头的光学总长与有效焦距的比值，可使光学镜头的单色像差得到较好的控制，有利于减小光学镜头在拍摄时的边缘失真现象，提升拍摄时的清晰度。
在一些实施例中，光学镜头最大半视场角所对应的像高IH与光学镜头的入瞳直径EPD满足：4.0＜IH/EPD＜5.0。满足上述范围，通过合理控制光学镜头最大半视场角所对应的像高与入瞳直径的比值，可使光学镜头在具有较大成像面的同时，具有较大的通光口径，增大进光量，提升画面亮度和拍摄清晰度，使镜头在夜间也有较好的成像质量，有利于实现日夜共焦拍摄。
在一些实施例中，第四透镜的有效焦距f4与光学镜头的有效焦距f满足：6.0＜f4/f＜6.6。满足上述范围，通过合理控制第四透镜的焦距，可以有效平衡光学镜头的低阶像差，有利于收敛光学镜头的场曲，提升光学镜头的成像质量。
在一些实施例中，光学镜头的光学后焦BFL与光学镜头的有效焦距f满足：1.9＜BFL/f＜2.3。满足上述范围，通过控制光学镜头的光学后焦与有效焦距的比值在一个合理范围，有利于约束光线出射角在一个合适范围，同时具有较长的光学后焦距离，实现与特定模组、芯片更好的配合，减小出现暗角的概率。
在一些实施例中，光学镜头的有效焦距f与第二透镜的有效焦距f2及第三透镜的有效焦距f3满足：0.44＜f/f2+f/f3＜0.53。满足上述范围，有利于保证光学镜头在具有超广视场角的同时，可使光学镜头边缘的光学畸变较为平滑，进而可以避免镜头成像的严重变形，从而有效提升光学镜头的成像质量。
在一些实施例中，第六透镜物侧面的边缘矢高SAG61与第六透镜的中心厚度CT6满足：0.20＜SAG61/CT6＜0.33。满足上述范围，可适当调整第六透镜的矢高与厚度的比值，有利于镜片制作与成型，提升制造良率，缩短光学镜头的总长度。
在一些实施例中，第一透镜物侧面的曲率半径R11与光学镜头的有效焦距f满足：6.0＜R11/f＜7.3。满足上述范围，通过合理限制第一透镜的面形，可以有效修正光学镜头的离轴像差，并让光线在第一透镜中能有适当的入射角度及出射角度，有助于增大视场角及成像面的面积，减小光学镜头前端透镜的外径。
在一些实施例中，第四透镜的中心厚度CT4与第五透镜的中心厚度CT5以及光学镜头的光学总长TTL满足：0.05＜(CT4+CT5)/TTL＜0.08；0.9＜CT4/CT5＜1.5。满足上述范围，通过合理设置第四透镜与第五透镜的中心厚度，可以避免第五透镜过薄而容易造成镜片在成型时塑脂材料填充不均，或第四透镜厚度过厚导致镜片在组装过程中配合过盈与镜筒干涉，影响成像效果。
在一些实施例中，第五透镜的物侧面在有效口径处的矢高SAG51与第五透镜的像侧面在有效口径处的矢高SAG52以及第五透镜像侧面的有效口径DM52满足：0.10＜(SAG52-SAG51)/DM52＜0.15。满足上述范围，通过合理设置第五透镜的矢高与口径的关系，可有效控制光线入射角的分布，有利于校正光学镜头的高级像差。
在一些实施例中，第四透镜物侧面的曲率半径R41与第四透镜像侧面的曲率半径R42以及第四透镜的有效焦距f4满足：-1.5＜(R41+R42)/f4＜3.0。满足上述范围，通过合理控制第四透镜的面型，有助于降低系统敏感度，降低成型难度，提升制造良率，同时也可以降低光学镜头产生的杂散光，提升光学镜头的成像质量。
在一些实施例中，第五透镜的有效焦距f5与光学镜头的有效焦距f满足：-1.5＜f5/f＜-1.3。满足上述范围，通过合理配置第五透镜的光焦度，有助于加强轴外视场的慧差矫正，同时很好的收敛场曲、像差，同时增大后焦长度，避免镜头与芯片干涉。
在一些实施例中，光源为可见光时滤光片的厚度TIR与光源为可见光时光学镜头的有效焦距EFL、光源为红外光时滤光片的厚度TAR、光源为红外光时光学镜头的有效焦距EFL2满足：1.02＜(TIR+EFL)/(TAR+EFL2)＜1.03。满足上述范围，通过合理设置两种光源的焦距以及对应滤光片的厚度，可有效减小切换滤光片造成的影响，有利于使光学镜头在两种光源下提升镜头成像质量，实现日夜共焦。
作为一种实施方式，本发明实施例采用三片玻璃球面镜片和三片塑胶非球面镜片的玻塑混合搭配结构，通过合理约束各透镜的面型及光焦度，使其结构紧凑，以实现日夜共焦、大视场角以及长后焦的特点。其中，第一透镜、第三透镜、第四透镜为玻璃球面镜片，通过玻璃自身低色散的特点，有效矫正了光学系统的几何色差；第二透镜、第五透镜以及第六透镜采用塑胶非球面镜片，可以有效降低成本、修正像差，提供更高性价比的光学性能产品。
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。
在本发明各个实施例中，当光学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为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为二次曲面系数，A2i为第2i阶的非球面面型系数。
第一实施例
请参阅图1，所示为本发明第一实施例中提供的光学镜头100的结构示意图，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：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。
具体的，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具有正光焦度，第二透镜的物侧面S3为凹面，第二透镜的像侧面S4为凸面；第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5为凹面，第三透镜的像侧面S6为凸面；第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7为凹面，第四透镜的像侧面S8为凸面；第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面S9在近光轴处为凸面，第五透镜的像侧面S10在近光轴处为凹面；第六透镜L6具有正光焦度，第六透镜的物侧面S11为凸面，第六透镜的像侧面S12为凸面；滤光片G1的物侧面S13和像侧面S14均为平面。其中，第一透镜L1、第三透镜L3和第四透镜L4均为玻璃球面镜片，第二透镜L2、第五透镜L5和第六透镜L6均为塑胶非球面镜片。
本实施例提供的光学镜头100的各透镜的设计参数如表1所示。
表1
本实施例中，光学镜头100中各个透镜的非球面面型系数如表2所示。
表2
请参照图2、图3、图4、图5以及图6，所示分别为光学镜头100的F-θ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图、可见光中心视场TF曲线图、红外光中心视场TF曲线图。其中，光学镜头的F-θ畸变控制在±16%以内，场曲的偏移量控制在±0.03mm以内，垂轴色差的偏移量控制在±6.2μm以内，两种光源中心视场离焦量差值控制在0.0025mm以内。
第二实施例
请参阅图7，所示为本发明第二实施例提供的光学镜头200的结构示意图，本实施例的光学镜头200与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。
具体的，本实施例提供的光学镜头200的设计参数如表3所示。
表3
本实施例中，光学镜头200中各个透镜的非球面面型系数如表4所示。
表4
请参照图8、图9、图10、图11以及图12，所示分别为光学镜头200的F-θ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图、可见光中心视场TF曲线图、红外光中心视场TF曲线图。其中，光学镜头的F-θ畸变控制在±14.5%，场曲的偏移量控制在±0.03mm以内，垂轴色差的偏移量控制在±4μm以内，两种光源中心视场离焦量差值在0.003mm以内。
第三实施例
请参照图13，所示为本发明第三实施例提供的光学镜头300的结构示意图，本实施例的光学镜头300与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。
具体的，本实施例提供的光学镜头300的设计参数如表5所示。
表5
本实施例中，光学镜头300中各个透镜的非球面面型系数如表6所示。
表6
请参照图14、图15、图16、图17以及图18，所示分别为光学镜头300的F-θ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图、可见光中心视场TF曲线图、红外中心视场TF曲线图。其中，光学镜头的F-θ畸变控制在±17.5%，场曲的偏移量控制在±0.03mm以内，垂轴色差的偏移量控制在±4μm以内，两种光源中心视场离焦量差值在0.003mm以内。
请参阅表7，所示为上述三个实施例中提供的光学镜头分别对应的光学特性，包括光学镜头的最大视场角2θ、光学总长TTL、半像高IH、有效焦距f，入瞳直径EPD以及与前述的每个条件式对应的相关数值。
表7
与现有技术相比，本发明提供的玻塑混合光学镜头至少具有以下优点：
（1）由于玻璃的透光性更好、折射率更高，本发明提供的光学镜头中通过采用3片玻璃镜片搭配3片塑胶镜片，可与目前主流的6片塑胶镜头的光学质量基本一致，且透光率及光学性能更优秀，实现了光学镜头的高像素。
（2）本发明提供的光学镜头，采用6片玻塑混合镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，满足了光学镜头大视场角的需求，同时具有畸变小和长后焦等优点。
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，共六片透镜，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；
具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第二透镜的像侧面为凸面；
具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；
光阑；
具有正光焦度的第四透镜；
具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面为凹面；
具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面为凸面，所述第六透镜的像侧面为凸面；
其中，所述光学镜头的光学总长TTL、所述光学镜头最大半视场角所对应的像高IH及所述光学镜头的最大半视角θ满足：0.05＜TTL/IH/θ＜0.06。
2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：
6.5＜TTL/f＜7.1；
其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长，f表示所述光学镜头的有效焦距。
3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：
4.0＜IH/EPD＜5.0；
其中，IH表示所述光学镜头最大半视场角所对应的像高，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径。
4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：
6.0＜f4/f＜6.6；
其中，f4表示所述第四透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。
5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：
1.9＜BFL/f＜2.3；
其中，BFL表示所述光学镜头的光学后焦，f表示所述光学镜头的有效焦距。
6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：
0.44＜f/f2+f/f3＜0.53；
其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距。
7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：
0.20＜SAG61/CT6＜0.33；
其中，SAG61表示所述第六透镜物侧面的边缘矢高，CT6表示所述第六透镜的中心厚度。
8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：
6.0＜R11/f＜7.3；
其中，R11表示所述第一透镜物侧面的曲率半径，f表示所述光学镜头的有效焦距。
9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：
0.05＜(CT4+CT5)/TTL＜0.08；
0.9＜CT4/CT5＜1.5；
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表示所述光学镜头的光学总长。
10.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：
0.10＜(SAG52-SAG51)/DM52＜0.15；
其中，SAG51表示所述第五透镜的物侧面在有效口径处的矢高，SAG52表示所述第五透镜的像侧面在有效口径处的矢高，DM52表示所述第五透镜像侧面的有效口径。
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