CN116755226A - 一种成像光学镜头及成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学成像和车载成像设备领域，具体公开了一种成像光学镜头，从物侧到像侧依次包括：从物侧到像侧依次包括：负光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、负光焦度的第三透镜L3、正光焦度的第四透镜L4、正光焦度的第五透镜L5、负光焦度的第六透镜L6、正光焦度的第七透镜L7；所述第五透镜L5和第六透镜L6为胶合透镜组G1；所述胶合透镜组G1的焦距为f_G1；该光学镜头的总焦距为f，视场角为FOV；满足下面关系式： 本发明的成像光学镜头具有高解像力兼顾大靶面、大光圈、小型化和低成本等特点的光学镜头。

Description

一种成像光学镜头及成像设备

技术领域

本发明属于光学成像和车载成像设备领域，具体是一种成像光学镜头及成像设备。

背景技术

近年来汽车辅助驾驶和自动驾驶领域高速发展，车载光学镜头作为汽车获取外界信息的眼睛，发挥了举足轻重的作用，尤其是前车碰撞预警、轨道偏离预警、行人识别预警等应用需求，光学镜头在车载领域得到越来越多的应用。

随着辅助驾驶和自动驾驶的快速发展，市场需求镜头具备更加稳定的光学性能，但现在的光学成像镜头中仍然存在如下问题：

1、现有的镜头，成像靶面尺寸小，采集的图像分辨率低。

2、镜头光圈较小，在低照度的情况下，摄像机图像很暗，使得产品适应性降低。

3、镜片数量使用较多，镜头尺寸较大，使得整个摄像机无法实现小型化的设计。

4、镜头解像力不高，成像质量一般。

5、高低温情况下性能的稳定性不佳。

中国专利CN108681050A公开了一种车载摄像镜头，如图1所示，从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度且物侧面为凸面像侧面为凹面的第一透镜；具有负光焦度且物侧面为凹面像侧面为凸面的第二透镜；具有正光焦度且双面均为凸面的第三透镜；光阑；具有正光焦度且双面均为凸面的第四透镜；具有负光焦度且物侧面为凹面的第五透镜，且第四透镜与第五透镜组成胶合镜片；具有正光焦度且物侧面为凸面的第六透镜；滤光片；其中，第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜均为玻璃球面镜片，第一透镜与第六透镜为玻璃非球面镜片。通过合理的玻璃镜片材料搭配，克服了在大温差环境下焦点偏移、分辨率大幅下降的难题，保证了该车载摄像镜头在温差较大的环境下也同样具有优良的成像品质，满足了实际应用的需求。本发明镜头明显增大了镜头在小视场角范围内的畸变，以满足车载系统特殊的算法需求；并且在提高整组镜头的解像能力的同时也有效控制了镜头的口径和长度。

上述专利提供了一种车载摄像镜头，但整个镜头视场角为100°，并且F数为1.63，光圈值较小。而且早期镜头设计，成像质量、镜头尺寸和综合性能已经逐渐不能满足如今高分辨率应用上的发展需求。

因此，目前急需一款高解像力兼顾大靶面、大光圈、小型化和低成本等特点的光学镜头。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种成像光学镜头，从物侧到像侧依次包括：从物侧到像侧依次包括：负光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、负光焦度的第三透镜L3、正光焦度的第四透镜L4、正光焦度的第五透镜L5、负光焦度的第六透镜L6、正光焦度的第七透镜L7；所述第五透镜L5和第六透镜L6为胶合透镜组G1；所述胶合透镜组G1的焦距为f_G1；该光学镜头的总焦距为f，视场角为FOV；满足下面关系式：

进一步的，所述第一透镜L1采用弯月透镜；所述第二透镜L2采用弯月透镜；所述第三透镜L3采用弯月透镜；所述第四透镜L4采用弯月透镜；所述第五透镜L5采用双凸透镜；所述第六透镜L6采用弯月透镜，第七透镜L7采用双凸透镜。

进一步的，所述第三透镜L3靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凸面；所述第四透镜L4靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面。

进一步的，所述第二透镜L2、第三透镜L3和第七透镜L7为非球面透镜。

进一步的，所述第六透镜L6像侧面的中心曲率半径R12与所述第七透镜L7的物侧面的中心曲率半径R13之间满足：

进一步的，所述成像光学镜头的总焦距为f与光学总长TTL之间满足：

进一步的，所述成像光学镜头的第一透镜L1的焦距f1，第二透镜L2的焦距f2，第七透镜L7的焦距的f7，满足以下公式：

f1≤-7 (4)

f2≤-19 (5)

f7≤19 (6)。

进一步的，所述成像光学镜头的第一透镜L1、第四透镜L4、第五透镜L5采用玻璃材质；第一透镜L1的阿贝数Vd1，第四透镜L4的阿贝数Vd4，第五透镜L5的阿贝数Vd5，满足以下公式：

Vd1≤30 (7)

Vd4≤35 (8)

Vd5≤69 (9)。

进一步的，所述成像光学镜头的第一透镜L1的折射率Nd1，第四透镜L4的折射率Nd4，第五透镜L5的折射率Nd5，满足以下关系式：

Nd1≤2.01 (10)

Nd4≤1.95 (11)

Nd5≤1.62 (12)。

一种成像设备，所述成像设备包括所述的成像光学镜头。

有益效果

一、本发明的成像光学镜头成像靶面可以最高支持1/1.73英寸，在有效实现镜头结构小型化同时确保高分辨率成像。

二、成像最大可支持靶面1/1.73英寸的sensor使用，镜头机械总长不超过31.5mm。

三、全视场MTF值在100lp/mm情况下，达到0.5以上。

四、镜头的镜片数量较少，并且加工性好，成本控制较低；

五、光圈较大，F数为1.5，特别适用低照度条件下的车载需求；

六、光学性能稳定，满足-30～+70℃的高低温工作状态下的需求。

附图说明

图1是现有技术的光学镜头的结构示意图；

图2是本申请的光学镜头的结构示意图；

图3是本申请提供的光学镜头的实施例1在可见光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；

图4a和图4b是本申请提供的光学镜头的实施例1在可见光波段的场曲和畸变图；

图5是本申请提供的光学镜头的实施例1在可见光波段的横向光扇图；

图6是本申请提供的光学镜头的的实施例1在可见光波段的点列图；

图7是本申请提供的光学镜头的实施例2在可见光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；

图8a和图8b是本申请提供的光学镜头的实施例2在可见光波段的场曲和畸变图；

图9是本申请提供的光学镜头的实施例2在可见光波段的横向光扇图；

图10是本申请提供的光学镜头的的实施例2在可见光波段的点列图；

图11是本申请提供的成像设备的具体实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图2所示，本发明的成像光学镜头，从物侧到像侧依次包括：负光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、负光焦度的第三透镜L3、正光焦度的第四透镜L4、正光焦度的第五透镜L5、负光焦度的第六透镜L6、正光焦度的第七透镜L7。

所述第四透镜L4和第五透镜L5之间设有孔径光阑STOP；第七透镜L7的像侧还设有滤色片和成像面。

可选的，所述第一透镜L1采用弯月透镜；所述第二透镜L2采用弯月透镜；所述第三透镜L3采用弯月透镜；所述第四透镜L4采用弯月透镜；所述第五透镜L5采用双凸透镜；所述第六透镜L6采用弯月透镜，第七透镜L7采用双凸透镜。

可选的，所述第一透镜L1、第四透镜L4、第五透镜L5采用玻璃材质。

所述第五透镜L5和第六透镜L6为胶合透镜组G1。

所述胶合透镜组G1的焦距为f_G1；该光学镜头的总焦距为f，视场角为FOV；满足下面关系式：

所述第三透镜L3靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凸面。

所述第四透镜L4靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面。

所述第二透镜L2、第三透镜L3和第七透镜L7为非球面透镜。

所述第六透镜L6像侧面的中心曲率半径R12与所述第七透镜L7的物侧面的中心曲率半径R13之间满足：

所述成像光学镜头的总焦距为f与光学总长TTL之间满足：

7.0≤TTL/f≤8.08 (3)。

所述成像光学镜头的第一透镜L1的焦距f1，第二透镜L2的焦距f2，第七透镜L7的焦距的f7，满足以下公式：

f1≤-7 (4)

f2≤-19 (5)

f7≤19 (6)。

所述成像光学镜头的第一透镜L1的阿贝数Vd1，第四透镜L4的阿贝数Vd4，第五透镜L5的阿贝数Vd5，满足以下公式：

Vd1≤30 (7)

Vd4≤35 (8)

Vd5≤69 (9)。

所述成像光学镜头的第一透镜L1的折射率Nd1，第四透镜L4的折射率Nd4，第五透镜L5的折射率Nd5，满足以下关系式：

Nd1≤2.01 (10)

Nd4≤1.95 (11)

Nd5≤1.62 (12)。

实施例1

本实施例1的成像光学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透镜参数表

需要说明的是，表1中的镜面序号为图2所示的光学镜头结构示意图中，由左到右的透镜的面号。第二透镜L2、第三透镜L3和第七透镜L7为非球面透镜，非球面方程满足以下公式：

第二透镜L2、第三透镜L3和第七透镜L7的非球面系数如下：

镜面序号	A	B	C	D	E
						3	1.539E-03	-6.356E-05	2.261E-06	-7.324E-08	6.024E-10
4	2.297E-03	-6.431E-05	3.586E-06	-1.367E-07	0
						5	6.405E-04	4.597E-06	2.741E-07	1.243E-08	-2.830E-10
6	-8.754E-05	-1.520E-06	-1.790E-07	4.910E-09	-6.272E-11
						13	-8.367E-04	-2.307E-06	-6.577E-07	1.950E-08	0
14	-1.105E-03	2.913E-06	-3.771E-07	8.848E-09	0

表2非球面系数表

本实施例1所提供的成像光学镜头具有如下光学技术指标：

光学总长TTL≤31.5mm；

镜头焦距f：3.9mm；

镜头的视场角：138.9°；

镜头的光学畸变：-55.8％；

镜头系统的光圈FNO.：1.5；

镜头像面尺寸：1/1.73〞。

在本实施例1中，成像光学镜头的胶合镜组G1的焦距为f_G1，镜头的系统焦距为f，视场角FOV之间满足：成像光学镜头的第六透镜L6像侧面的中心曲率半径R12与所述第七透镜L7的物侧面的中心曲率半径R13之间满足：/>光学镜头的系统焦距为f与所述光学镜头的光学总长TTL之间满足：/>光学镜头的第一透镜L1的焦距的f1＝-7.88,第二透镜L2的焦距的f2＝-29.29，第七透镜L7的焦距的f7＝17.17；光学镜头的第一透镜L1的玻璃材质的阿贝数Vd1＝29.13，第四透镜L4的玻璃材质的阿贝数Vd4＝34.97，第七透镜L5的玻璃材质的阿贝数Vd5＝68.62；光学镜头的第一透镜L1的玻璃材质的折射率Nd1＝2.00，第四透镜L4的玻璃材质的折射率Nd4＝1.80，第七透镜L5的玻璃材质的折射率Nd5＝1.59。

实施例2

本实施例2的成像光学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透镜参数表

需要说明的是，表3中的镜面序号为图2所示的光学镜头结构示意图中，由左到右的透镜的面号。第二透镜L2、第三透镜L3和第七透镜L7为非球面透镜，非球面方程满足以下公式：

第二透镜L2、第三透镜L3和第七透镜L7的非球面系数如下：

表4非球面系数表

本实施例2所提供的成像光学镜头具有如下光学技术指标：

光学总长TTL≤31.5mm；

镜头焦距f：4.5mm；

镜头的视场角：138.3°；

镜头的光学畸变：-56.7％；

镜头系统的光圈FNO.：1.5；

镜头像面尺寸：1/1.73〞。

在本实施例2中，成像光学镜头的胶合镜组G1的焦距为f_G1，镜头的系统焦距为f，视场角FOV之间满足：成像光学镜头的第六透镜L6像侧面的中心曲率半径R12与所述第七透镜L7的物侧面的中心曲率半径R13之间满足：/>成像光学镜头的系统焦距为f与所述成像光学镜头的光学总长TTL之间满足：/>成像光学镜头的第一透镜L1的焦距的f1＝-10.93，第二透镜L2的焦距的f2＝-19.15，第七透镜L7的焦距的f7＝18.95；成像光学镜头的第一透镜L1的玻璃材质的阿贝数Vd1＝23.79，第四透镜L4的玻璃材质的阿贝数Vd4＝29.37，第五透镜L5的玻璃材质的阿贝数Vd5＝63.39；成像光学镜头的第一透镜L1的玻璃材质的折射率Nd1＝1.85，第四透镜L4的玻璃材质的折射率Nd4＝1.95，第五透镜L5的玻璃材质的折射率Nd5＝1.62。

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5参数关系综合表

光学传递函数是用来评价一个该成像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，对各种像差(如：球差、慧差、象散、场曲、轴向色差、垂轴色差等)进行了较好的校正。

如图3所示，该光学镜头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’＝4.6mm)MTF平均值达到0.5以上；可见本实施例提供的该光学镜头，能够达到较高的成像要求；

如图7所示，该光学镜头下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’＝4.6mm)MTF平均值达到0.5以上；可见本实施例提供的该光学镜头，能够达到较高的成像要求；

如图4a和图8a所示，该光学镜头的场曲控制在场曲控制在±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。

如图4b和图8b所示，该成像系统畸变控制较好，在-57％以内。图4b参考多个波长(0.436um、0.486um、0.546um、0.587um和0.656um)的曲线在图4b中发生了重合。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4b和图8b可见，本发明实施例1提供的镜头的畸变为-55.8％；本发明实施例2提供的镜头的畸变为-56.7％；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。

如图5和图9所示，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。

如图6和图10所示，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较好。

综上所述，本发明实施例1、2提供了一种大靶面、大光圈、低成本的高分辨率的成像光学镜头。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出色的成像特性。

如图11所示，本申请实施例的成像设备10至少包括一种成像光学镜头11。具体地，成像光学镜头11具体可以为上述实施例1、2的成像光学镜头，其具体结构在此不再赘述。

其中，本申请实施例的成像设备10可以应用于高精度环境探测领域，例如可以安装在自动驾驶车辆上，为自动驾驶车辆提供高精度的环境定位信息等。在其他实施例中，成像设备10也可以应用于其他设备上，例如无人机、扫地机器人等。

Claims (10)

1.一种成像光学镜头，从物侧到像侧依次包括：从物侧到像侧依次包括：负光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、负光焦度的第三透镜L3、正光焦度的第四透镜L4、正光焦度的第五透镜L5、负光焦度的第六透镜L6、正光焦度的第七透镜L7；其特征在于：所述第五透镜L5和第六透镜L6为胶合透镜组G1；所述胶合透镜组G1的焦距为f_G1；该光学镜头的总焦距为f，视场角为FOV；满足下面关系式：

2.根据权利要求1所述的成像光学镜头，其特征在于：所述第一透镜L1采用弯月透镜；所述第二透镜L2采用弯月透镜；所述第三透镜L3采用弯月透镜；所述第四透镜L4采用弯月透镜；所述第五透镜L5采用双凸透镜；所述第六透镜L6采用弯月透镜，第七透镜L7采用双凸透镜。

3.根据权利要求1所述的成像光学镜头，其特征在于：所述第三透镜L3靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凸面；所述第四透镜L4靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面。

4.根据权利要求1所述的成像光学镜头，其特征在于：所述第二透镜L2、第三透镜L3和第七透镜L7为非球面透镜。

5.根据权利要求1所述的成像光学镜头，其特征在于：所述第六透镜L6像侧面的中心曲率半径R12与所述第七透镜L7的物侧面的中心曲率半径R13之间满足：

6.根据权利要求1所述的成像光学镜头，其特征在于：所述成像光学镜头的总焦距为f与光学总长TTL之间满足：

7.0≤TTL/f≤8.08 (3)。

7.根据权利要求1所述的成像光学镜头，其特征在于：所述成像光学镜头的第一透镜L1的焦距f1，第二透镜L2的焦距f2，第七透镜L7的焦距的f7，满足以下公式：

f1≤-7 (4)

f2≤-19 (5)

f7≤19 (6)。

8.根据权利要求1所述的成像光学镜头，其特征在于：所述成像光学镜头的第一透镜L1、第四透镜L4、第五透镜L5采用玻璃材质；第一透镜L1的阿贝数Vd1，第四透镜L4的阿贝数Vd4，第五透镜L5的阿贝数Vd5，满足以下公式：

Vd1≤30 (7)

Vd4≤35 (8)

Vd5≤69 (9)。

9.根据权利要求1所述的成像光学镜头，其特征在于：所述成像光学镜头的第一透镜L1的折射率Nd1，第四透镜L4的折射率Nd4，第五透镜L5的折射率Nd5，满足以下关系式：

Nd1≤2.01 (10)

Nd4≤1.95 (11)

Nd5≤1.62 (12)。

10.一种成像设备，其特征在于，所述成像设备包括权利要求1至9任一项所述的成像光学镜头。