CN117008303B - 光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学镜头，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；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜；具有正光焦度的第六透镜；其中，所述第五透镜与所述第六透镜组成胶合透镜；所述光学镜头最大视场角对应的像高IH与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：4.5＜IH/EPD＜5.5。本发明提供的光学镜头具有大光圈、小尺寸、大视场角以及高解像力的优点。

Description

光学镜头

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

随着无人机、安防、汽车、气象、医疗、VR、AR等领域的快速发展，对其搭载的广角镜头的视场角也提出了越来越高的要求。广角镜头通过引入桶形畸变，尽可能压缩边缘视场光线，可获得视场角超过218°的超广角镜头。然而，超广角镜头仍存在很多问题，如光圈较小、像差校正难度大、头部尺寸过大等。

发明内容

基于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种光学镜头，至少具有超大视场角、大光圈、小型化的优点。

为此，本发明提出了一种光学镜头，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；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜；具有正光焦度的第六透镜；其中，所述第五透镜与所述第六透镜组成胶合透镜；所述光学镜头最大视场角对应的像高IH与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：4.5＜IH/EPD＜5.5。

相比于现有技术，本发明提供的光学镜头，光焦度分配、光阑位置、镜片厚度及镜片间间距设置合理，使该光学镜头具有紧凑型的大光圈结构，且可使光学镜头内进入更多的光通量，以使光学镜头在昏暗环境中也能成像清晰，实现了超大视场、大光圈以及小型化的效果。

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垂轴色差曲线图。

图5为本发明第一实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

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垂轴色差曲线图。

图10为本发明第二实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

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垂轴色差曲线图。

图15为本发明第三实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

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。

本发明提出一种光学镜头，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；第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；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，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凸面；第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面为凹面，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，第五透镜与第六透镜组成胶合透镜，第一透镜为玻璃球面镜片，第二透镜至第六透镜为塑胶非球面镜片。

在一些实施例中，光学镜头最大视场角对应的像高IH与光学镜头的入瞳直径EPD满足：4.5＜IH/EPD＜5.5。满足上述范围，有利于平衡像面大小与边缘视场相对照度，实现大视场、大光圈以及小型化的均衡。

在一些实施例中，光学镜头的最大视场角FOV与光学镜头的光圈数FNO满足：150°＜FOV/FNO＜190°；光学镜头的最大视场角FOV与第一透镜的有效口径DM1满足：25＜FOV/DM1＜35。满足上述范围，有利于在维持光学镜头小型化的同时使光学镜头具有超大的取景角度。

在一些实施例中，光学镜头的最大视场角FOV与光学镜头最大视场角对应的像高IH满足：90＜FOV/IH＜100。满足上述范围，有利于减小光学镜头的畸变，实现超大视场角与高像素的均衡。

在一些实施例中，第一透镜的有效焦距f1与第二透镜的有效焦距f2满足：1.5＜f1/f2＜2.0。满足上述范围，有利于减缓光线的转折趋势，矫正光线经第一透镜过度偏折所产的像差，提升光学镜头的成像品质。

在一些实施例中，第一透镜、第二透镜与第三透镜的组合焦距f123与第四透镜、第五透镜与第六透镜的组合焦距f456满足：。满足上述范围，可使前透镜组与后透镜组组成一个关于光阑的对称结构，有利于均衡前后透镜组产生的慧差与像散，同时有利于矫正光学镜头的畸变，提升光学镜头的成像质量。

在一些实施例中，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：1.2＜(R21+R22)/(R21-R22)＜1.5。满足上述范围，能够很好的修饰光学镜头的场曲和畸变，提升光学镜头的成像质量。

在一些实施例中，第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间距AT23和第三透镜与第四透镜在光轴上的空气间距AT34满足：12.0＜AT23/AT34＜20.0。满足上述范围，通过限制第三透镜与前后透镜之间的距离，能够更好的修正轴向球色差，防止点光源成像为大光斑，提升光学镜头的成像质量。

在一些实施例中，第二透镜的中心厚度CT2，第三透镜与第四透镜在光轴上的空气间距AT34，第四透镜与第五透镜在光轴上的空气间距AT45满足：0.8＜(CT2+AT34+AT45)/f＜1.4。满足上述范围，通过合理控制第二透镜的厚度以及第四透镜与前后透镜之间的间距，能够有效的修正光学镜头的场曲，同时能够降低第四透镜与第五透镜之间反射鬼影的能量，避免成像时出现鬼影的风险，有效提升光学镜头的整体成像质量。

在一些实施例中，光学镜头的有效焦距f与第五透镜的有效焦距f5，第六透镜的有效焦距f6满足：4.0＜(f6-f5)/f＜4.2；第五透镜像侧面的曲率半径R52与光学镜头的有效焦距f满足：1.5＜R52/f＜2.0。满足上述范围，能够很好的平衡第五透镜与第六透镜的焦距，有助于矫正光学镜头的轴向色差，提升光学镜头的成像质量。

在一些实施例中，光学镜头的有效焦距f与光学镜头的入瞳直径EPD满足：1.2＜f/EPD＜1.4；光学镜头最大视场角对应的像高IH与光学镜头的光学总长TTL满足：0.2＜IH/TTL＜0.4。满足上述范围，有助于缩短光学镜头的总长，维持光学镜头的小型化，同时有助于实现大光圈特性，保证在弱光环境或夜晚时也能成像清晰明亮。

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：1.5＜BFL/f＜2.2。满足上述范围，可使光学镜头具有较大的光学后焦，有利于减少镜片与成像芯片间的干涉，从而降低CRA的矫正难度。

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：2.5＜f4/f＜3.5；第四透镜的有效口径DM4与光学镜头的光学总长TTL满足：0.1＜DM4/TTL＜0.2。满足上述范围，可以很好的汇聚光线，同时维持光学镜头的小型化。

在一些实施例中，第四透镜物侧面的曲率半径R41与光学镜头的有效焦距f满足：2.5＜R41/f＜4.1。满足上述范围，有利于保证第四透镜的加工可行性，同时有利于矫正光学镜头的场曲。

在本发明实施例中，为了更好地减小光学镜头的总长以及增大光学镜头的视场角，采用一片玻璃镜片和五片塑胶镜片的组合，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超大视场角、良好的成像质量、大光圈、小型化的优点。

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，当透镜采用非球面透镜时，非球面透镜的表面形状均满足下列方程：；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为圆锥系数conic，A_2i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S14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。

其中，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具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7为凸面，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为凹面，第五透镜的像侧面为凹面；第六透镜L6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S11为凸面；滤光片G1的物侧面为S12、像侧面为S13。其中，第五透镜L5与第六透镜L6组成胶合透镜，其胶合面为S10；第一透镜L1为玻璃球面镜片，第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5以及第六透镜L6均为塑胶非球面镜片。

具体地，本实施例提供的光学镜头100的设计参数如表1所示。

表1

本实施例中的光学镜头100非球面面型系数如表2所示。

表2

图2中曲线表示像面上不同像高处对应的畸变，横坐标表示畸变大小（单位：%），纵坐标表示半视场角（单位：°）。从图2中可知，在光学镜头要求的成像视场内，畸变控制在7.5%以内，说明光学镜头的畸变被很好的矫正。

图3中曲线表示子午方向和弧矢方向在像面不同像高处的场曲，横坐标表示偏移量（单位：mm），纵坐标表示半视场角（单位：°）。从图3中可知，子午方向和弧矢方向在像面的场曲偏移量都控制在±0.03mm以内，说明光学镜头的场曲矫正良好。

图4中曲线表示各波长相对主波长在像面上不同像高处的垂轴色差，横坐标表示色差值（单位：μm），纵坐标表示归一化半视场角。从图4中可知，在不同视场内，各波长相对于中心波长的色差都控制在±2.2μm内，说明光学镜头的垂轴色差也被很好的矫正。

图5中曲线表示各波长在像面光轴上的轴向色差，横坐标表示色差值(单位：mm)，纵坐标表示归一化光瞳半径。从图5中可知，零光瞳位置主波长的色差偏移量控制在±0.01mm以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.01mm以内，说明光学镜头的轴向色差矫正良好。

第二实施例

请参阅图6，所示为本发明第二实施例中提供的光学镜头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

本实施例中的光学镜头200的非球面面型系数如表4所示。

表4

在本实施例中，光学镜头200的畸变、场曲、垂轴色差和轴向色差的曲线图分别如图7、图8、图9和图10所示。从图7中可知，在光学镜头要求的成像视场内，畸变控制在8.0%以内，说明光学镜头的畸变被很好的矫正。从图8中可知，子午方向和弧矢方向在像面的场曲偏移量都控制在±0.03mm以内，说明光学镜头的场曲矫正良好。从图9中可知，在不同视场内，各波长相对于中心波长的色差都控制在±2.5μm内，说明光学镜头的垂轴色差也被很好的矫正。从图10中可知，零光瞳位置主波长的色差偏移量控制在±0.01mm以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.015mm以内，说明光学镜头的轴向色差矫正良好。

第三实施例

请参阅图11，所示为本发明第三实施例中提供的光学镜头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

本实施例中的光学镜头300的非球面面型系数如表6所示。

表6

在本实施例中，光学镜头300的畸变、场曲、垂轴色差和轴向色差的曲线图分别如图12、图13、图14和图15所示。从图12中可知，在光学镜头要求的成像视场内，畸变控制在±8.0%以内，说明光学镜头的畸变被很好的矫正。从图13中可知，子午方向和弧矢方向在像面的场曲偏移量都控制在±0.05mm以内，说明光学镜头的场曲矫正良好。从图14中可知，在不同视场内，各波长相对于中心波长的色差都控制在±3.3μm内，说明光学镜头的垂轴色差也被很好的矫正。从图15中可知，零光瞳位置主波长的色差偏移量控制在±0.01mm以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.015mm以内，说明光学镜头的轴向色差矫正良好。

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FOV、光学总长TTL、像高IH、有效焦距f和光圈数FNO，以及与前述的每个条件式对应的相关数值。

表7

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；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凸面，所述第四透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第五透镜；

具有正光焦度的第六透镜；

其中，所述第五透镜与所述第六透镜组成胶合透镜；所述光学镜头最大视场角对应的像高IH与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：4.5＜IH/EPD＜5.5；所述光学镜头的有效焦距f与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：1.2＜f/EPD＜1.4。

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：

150°＜FOV/FNO＜190°；

25＜FOV/DM1＜35；

其中，FOV表示所述光学镜头的最大视场角，FNO表示所述光学镜头的光圈数，DM1表示所述第一透镜的有效口径。

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：

90＜FOV/IH＜100；

其中，FOV表示所述光学镜头的最大视场角，IH表示所述光学镜头最大视场角对应的像高。

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＜f1/f2＜2.0；

其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距；f2表示所述第二透镜的有效焦距。

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：

1.0＜|f123/f456|<28.0；

其中，f123表示所述第一透镜、第二透镜与第三透镜的组合焦距，f456表示所述第四透镜、第五透镜与第六透镜的组合焦距。

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：

1.2＜(R21+R22)/(R21-R22)＜1.5；

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。

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：

12.0＜AT23/AT34＜20.0；

其中，AT23表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间距，AT34表示所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的空气间距。

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：

0.8＜(CT2+AT34+AT45)/f＜1.4；

其中，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，AT34表示所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的空气间距，AT45表示所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的空气间距。

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：

4.0＜(f6-f5)/f＜4.2；

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f5表示所述第五透镜的有效焦距，f6表示所述第六透镜的有效焦距。