CN116859561B - 光学镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学镜头，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；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；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；具有负光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面；具有正光焦度的第五透镜，其像侧面为凸面；其中，所述光学镜头最大半视场角对应的像高IH与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：3.0＜IH/EPD＜3.5。本发明提供的光学镜头具有大光圈、超大视场角及高像素等优点。
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
随着图像和计算机视觉技术的快速发展，越来越多的技术被应用到无人机领域。出于安全考虑，无人机需要感知360°全方位的环境，以取得更多的信息量。
然而，现有的应用在无人机上的广角镜头普遍存在以下问题：总长较长，镜头头部尺寸较大，难以实现镜头的小型化；镜头像素不高、分辨率不足。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头，至少具有总长短、超广角及高像素的优点。
本发明公开了一种光学镜头，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；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；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；具有负光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面；具有正光焦度的第五透镜，其像侧面为凸面；其中，所述光学镜头最大半视场角对应的像高IH与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：3.0＜IH/EPD＜3.5。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供的光学镜头，采用五片具有特定光焦度的透镜，通过合理的光焦度分配和光阑位置的设置，使得该光学镜头具有良好的成像质量；同时通过合理地配置光学镜头光圈的大小，可以扩大系统进光量且缩小拍摄时的景深；以及通过不同材质的镜片组合，使得该光学镜头拥有达到200°的超大视场角，能够很好地满足无人机系统的使用需求。
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轴向像差曲线图。
图5为本发明第一实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。
图6为本发明第二实施例的光学镜头的结构示意图。
图7为本发明第二实施例的光学镜头的畸变曲线图。
图8为本发明第二实施例的光学镜头的场曲曲线图。
图9为本发明第二实施例的光学镜头的轴向像差曲线图。
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为本发明第三实施例的光学镜头的结构示意图。
图12为本发明第三实施例的光学镜头的畸变曲线图。
图13为本发明第三实施例的光学镜头的场曲曲线图。
图14为本发明第三实施例的光学镜头的轴向像差曲线图。
图15为本发明第三实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。
图16为本发明第四实施例的光学镜头的结构示意图。
图17为本发明第四实施例的光学镜头的畸变曲线图。
图18为本发明第四实施例的光学镜头的场曲曲线图。
图19为本发明第四实施例的光学镜头的轴向像差曲线图。
图20为本发明第四实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。
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。
本发明实施例提出一种光学镜头，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、第五透镜和滤光片，且各个透镜的光学中心位于同一直线上。
其中，第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第三透镜具有正光焦度，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；第四透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面；第五透镜具有正光焦度，其像侧面为凸面。
在一些实施方式中，光阑可设置在第三透镜和第四透镜之间，用以收束光学镜头前端出射光线的范围，降低光学镜头的后端口径。
在一些实施方式中，第四透镜和第五透镜可胶合形成胶合透镜，用以分担光学镜头的色差矫正，提高光学镜头的解像，同时可使光学镜头的结构紧凑，有利于实现光学镜头的小型化。
在一些实施方式中，光学镜头最大半视场角对应的像高IH与光学镜头的入瞳直径EPD满足：3.0＜IH/EPD＜3.5；同时，光学镜头的有效焦距f与光学镜头的入瞳直径EPD满足：1.8＜f/EPD＜1.9。满足上述范围，有利于平衡像面大小与边缘视场相对照度，实现超大视场、大光圈以及小型化的均衡。
在一些实施方式中，光学镜头的光学总长TTL与光学镜头的有效焦距f满足：9.0＜TTL/f＜10.0；同时，光学镜头的光学总长TTL满足：6.5mm＜TTL＜8.5mm。满足上述范围，可以有效地限制光学镜头的长度和体积，实现光学镜头的小型化。
在一些实施方式中，光学镜头的最大半视场角F0V满足：FOV＞90°；同时，光学镜头的最大半视场角FOV与光学镜头的有效焦距f及光学镜头最大半视场角对应的像高IH满足：50°＜FOV×f/IH＜65°。满足上述范围，能够平衡大范围探测与高品质成像的需求，提升光学镜头的适配性。
在一些实施方式中，第一透镜的有效焦距f1与光学镜头的有效焦距f满足：-4.5＜f1/f＜-3.0。满足上述范围，可以使第一透镜具有适当的负光焦度，有利于使入射光线折射角度变化较为缓和，避免折射变化过于强烈而产生过多像差，同时有助于更多的光线进入后方透镜提升相对照度。
在一些实施方式中，第二透镜的有效焦距f2与光学镜头的有效焦距f满足：-8.0＜f2/f＜-3.0；同时，第二透镜物侧面的曲率半径R21与第二透镜像侧面的曲率半径R22满足：1.5＜R21/R22＜3.0。满足上述范围，通过合理控制第二透镜的焦距及面型，有利于降低光线的偏折程度，以便更好的优化像差，实现光学镜头高像素与超广角的均衡。
在一些实施方式中，第二透镜的有效径DM2与第五透镜的有效径DM5满足：2.0＜DM2/DM5＜2.5。满足上述范围，通过合理控制第二透镜的有效径与第五透镜的有效径的比值，有利于使光学镜头结构更加紧凑，同时减小透镜有效径的差异，有利于装配，提升生产良率。
在一些实施方式中，第三透镜的中心厚度CT3与光学镜头的有效焦距f满足：1.10＜CT3/f＜1.65。满足上述范围，有利于控制第三透镜的面型，提升光学镜头的解析力。
在一些实施方式中，第四透镜和第五透镜的组合焦距f45与光学镜头的有效焦距f满足：2.0＜f45/f＜5.0。满足上述范围，可以合理控制第四透镜及第五透镜的组合焦距，有利于优化轴外像差，提高光学系统的成像质量。
在一些实施方式中，第五透镜像侧面的曲率半径R52与第四透镜物侧面的曲率半径R41满足：0＜(R41+R52)/(R41-R52)＜1.0。满足上述范围，可以合理控制第四透镜及第五透镜的面型，有利于光学镜头像差校正，提升光学镜头的成像质量。
在一些实施方式中，第一透镜的材料折射率Nd1与第一透镜的中心厚度CT1满足：2.7＜Nd1/CT1＜3.0。满足上述范围，可以使第一透镜承担相应的光焦度，同时合理控制第一透镜的厚度，提高镜片可制造性，提升光学镜头的良率。
在一些实施方式中，第四透镜的边缘厚度ET4，第五透镜的边缘厚度ET5，第四透镜的中心厚度CT4及第五透镜的中心厚度CT5满足：0.5＜(ET4+ET5)/(CT4+CT5)＜1.0。满足上述范围，通过合理控制第四透镜及第五透镜的厚度，有利于加工制造，提高光学镜头的良率。
在一些实施方式中，光学镜头的光学后焦FFL与光学镜头的光学总长TTL满足：0.15＜FFL/TTL＜0.25。满足上述范围，通过合理控制光学镜头的后焦与光学总长的比值，可以避免因后焦不足导致与芯片之间产生干涉，有利于提高光学系统的稳定性。
作为一种实施方式，本发明提供的光学镜头可以采用全塑胶镜片，也可以采用玻塑混合搭配，两者均能取得良好的成像效果。在本发明实施例中，光学镜头采用玻塑混合搭配，通过合理分配各个透镜的光焦度及优化非球面形状，使得该光学镜头至少具有良好的成像质量、超大视场角的优点。具体地，第一透镜采用玻璃球面镜片，第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜采用塑胶非球面镜片，通过采用玻塑混合搭配，能够使光学镜头在高低温环境中均具有良好的热稳定性，且可以缩短镜头的总长；同时，通过采用非球面镜片，可以有效修正镜头像差，提升成像质量，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表示在高度为h的位置时非球面距离非球面顶点在光轴方向的距离矢高，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S12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和滤光片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具有负光焦度，第二透镜的物侧面S3为凸面，第二透镜的像侧面S4为凹面；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具有负光焦度，第四透镜的物侧面S7为凸面，第四透镜的像侧面为凹面；第五透镜L5具有正光焦度，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面S9为凸面；其中，第四透镜L4与第五透镜L5胶合形成胶合透镜，其胶合面为S8；第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5均为塑胶非球面镜片，第一透镜L1为玻璃球面镜片。
本实施例提供的光学镜头100中各个透镜的相关参数如表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表2所示。
请参照图2、图3、图4以及图5，所示分别为光学镜头100的畸变曲线图、场曲曲线图、轴向像差曲线图和垂轴色差曲线图。从图2中可以看出，畸变值控制在±4％以内，说明光学镜头100的畸变矫正较好；从图3中可以看出，场曲控制在±0.15mm以内，说明光学镜头100的场曲矫正较好；从图4中可以看出，最长波长与最短波长轴向像差控制在±0.05mm以内，说明光学镜头100的轴向像差矫正较好；从图5中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±3μm以内，说明光学镜头100的垂轴色差得到良好的校正。
第二实施例
请参阅图6，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，本实施例中的光学镜头200的结构与第一实施例中的光学镜头100的结构基本相同，不同之处在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数及厚度有所差异。
具体的，本实施例提供的光学镜头200中各个透镜的相关参数如表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7、图8、图9以及图10，所示分别为光学镜头200的畸变曲线图、场曲曲线图、轴向像差曲线图和垂轴色差曲线图。从图7中可以看出，畸变值控制在±5％以内，说明光学镜头200的畸变矫正较好；从图8中可以看出，场曲控制在±0.3mm以内，说明光学镜头100的场曲矫正较好；从图9中可以看出，最长波长与最短波长轴向像差控制在±0.02mm以内，说明光学镜头200的轴向像差矫正较好；从图10中可以看出最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±3μm以内，说明光学镜头200的垂轴色差得到良好的校正。
第三实施例
请参阅图11，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，本实施例中的光学镜头300的结构与第一实施例中的光学镜头100的结构大致相同，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中各个透镜的相关参数如表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12、图13、图14以及图15，所示分别为光学镜头300的畸变曲线图、场曲曲线图、轴向像差曲线图和垂轴色差曲线图。从图12中可以看出，畸变值控制在±4％以内，说明光学镜头300的畸变矫正较好；从图13中可以看出，场曲控制在±0.1mm以内，说明光学镜头300的场曲矫正较好；从图14中可以看出，最长波长与最短波长轴向像差控制在±0.06mm以内，说明光学镜头300的轴向像差矫正较好；从图15中可以看出最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±3μm以内，说明光学镜头300的垂轴色差得到良好的校正。
第四实施例
请参阅图16，所示为本发明第四实施例提供的光学镜头400的结构示意图，本实施例中的光学镜头400的结构与第一实施例中的光学镜头100的结构大致相同，不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数及厚度有所差异。
具体的，本实施例提供的光学镜头400中各个透镜的相关参数如表7所示。
表7
本实施例中，光学镜头400中各个透镜的非球面面型系数如表8所示。
表8
请参照图17、图18、图19以及图20，所示分别为光学镜头400的畸变曲线图、场曲曲线图、轴向像差曲线图和垂轴色差曲线图。从图17中可以看出，畸变值控制在±6％以内，说明光学镜头400的畸变矫正较好；从图18中可以看出，场曲控制在±0.3mm以内，说明光学镜头400的场曲矫正较好；从图19中可以看出，最长波长与最短波长轴向像差控制在±0.03mm以内，说明光学镜头400的轴向像差矫正较好；从图20中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±3μm以内，说明光学镜头400的垂轴色差得到良好的校正。
表9是上述四个实施例对应的光学特性，主要包括各个实施例中光学镜头的有效焦距f，光学总长TTL，最大半视场角FOV，最大半视场角对应的像高IH以及与上述每个条件式对应的数值。
表9
| 第一实施例 | 第二实施例 | 第三实施例 | 第四实施例 | |
| f(mm) | 0.85 | 0.85 | 0.86 | 0.86 |
| FNO | 1.85 | 1.85 | 1.85 | 1.85 |
| TTL(mm) | 8.05 | 8.05 | 8.05 | 8.05 |
| IH(mm) | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| FOV(°) | 100 | 100 | 100 | 100 |
| IH/EPD | 3.27 | 3.27 | 3.22 | 3.22 |
| f/EPD | 1.85 | 1.85 | 1.85 | 1.85 |
| TTL/f | 9.47 | 9.47 | 9.36 | 9.36 |
| FOVxf/IH(°) | 56.67 | 56.67 | 57.33 | 57.33 |
| f1/f | -3.74 | -3.85 | -3.99 | -3.89 |
| f2/f | -5.95 | -6.87 | -3.93 | -6.72 |
| R21/R22 | 2.13 | 1.84 | 1.95 | 2.48 |
| DM2/DM5 | 2.15 | 2.22 | 2.07 | 2.15 |
| CT3/f | 1.61 | 1.28 | 1.28 | 1.18 |
| f45/f | 4.53 | 3.15 | 3.35 | 2.77 |
| (R41+R52)/(R41-R52) | 0.43 | 0.09 | 0.75 | 0.07 |
| Nd1/CT1 | 2.90 | 2.89 | 2.78 | 2.90 |
| (ET4+ET5)/(CT4+CT5) | 0.85 | 0.85 | 0.81 | 0.85 |
| FFT/TTL | 0.22 | 0.21 | 0.19 | 0.21 |
综上所述，本发明实施例提供的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通过采用一片玻璃透镜+四片塑胶透镜的玻塑混合镜片搭配，能够使镜头在高低温环境中均具有良好的热稳定性，且透光率及光学性能更优秀，实现了光学镜头高像素的特性。
(2)本发明提供的光学镜头，采用五片玻塑混合镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，满足了光学镜头超大视场角的需求，同时具有高像素、良好解像力等优点。
(3)本发明提供的光学镜头具有大光圈及更大范围的通光量，有利于微光或昏暗环境的拍摄；同时拥有达到200°的超大视场角，能够达到环视的效果以及能够很好地满足无人机系统的使用需求。
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)
1.一种光学镜头，共五片透镜，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；
具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；
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；
具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凸面；
具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面为凸面；
其中，所述光学镜头最大半视场角对应的像高IH与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：3.0＜IH/EPD＜3.5；所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头的有效焦距f满足：9.0＜TTL/f＜10.0。
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：
50°＜FOV×f/IH＜65°；
其中，FOV表示所示光学镜头的最大半视场角，f表示所述光学镜头的有效焦距，IH表示所述光学镜头最大半视场角对应的像高。
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：
-4.5＜f1/f＜-3.0；
其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。
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：
1.5＜R21/R22＜3.0；
其中，R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。
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：
2.0＜DM2/DM5＜2.5；
其中，DM2表示所述第二透镜的有效径，DM5表示所示第五透镜的有效径。
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：
1.10＜CT3/f＜1.65；
其中，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，f表示所述光学镜头的有效焦距。
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：
2.0＜f45/f＜5.0；
其中，f45表示所述第四透镜和所述第五透镜的组合焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。
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：
0＜(R41+R52)/(R41-R52)＜1.0；
其中，R52表示所述第五透镜像侧面的曲率半径，R41表示所述第四透镜物侧面的曲率半径。
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：
2.7＜Nd1/CT1＜3.0；
其中，Nd1表示所述第一透镜的材料折射率，CT1表示所述第一透镜的中心厚度。
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