CN117031697A - 光学镜头 - Google Patents

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；光阑；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面、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，其物侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述第一透镜、所述第二透镜的组合焦距Fa与所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜的组合焦距Fb满足：‑1.5＜Fa/Fb＜‑0.5。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

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，获取更多的信息量，其在航空拍照、地质测量、避障等领域应用广泛，市场前景广阔。

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，难以实现镜头的小型化；镜头光圈较小，大部分在1.8以上；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、大光圈及高像素的优点。

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；光阑；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面、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，其物侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述第一透镜、所述第二透镜的组合焦距Fa与所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜的组合焦距Fb满足：-1.5＜Fa/Fb＜-0.5。

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，采用七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，同时镜头采用大光圈，可以扩大系统进光量且缩小拍摄时的景深；通过不同的镜片组合，使其拥有超过200°的超大视场角，达到环视的效果，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场曲曲线图。

图3为本发明第一实施例的光学镜头的畸变曲线图。

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场曲曲线图。

图8为本发明第二实施例的光学镜头的畸变曲线图。

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场曲曲线图。

图13为本发明第三实施例的光学镜头的畸变曲线图。

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。

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。

本发明提供一种光学镜头，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、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和滤光片，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，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，第二透镜的物侧面在近光轴处为凹面或凸面，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凸面，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，第六透镜的像侧面在近光轴处为凸面；第七透镜具有负光焦度，第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面。

本发明提供的光学镜头，采用了具有特定光焦度组合和面型组合的七片透镜结构，使该光学镜头具有大光圈、超大视场角的特性。

在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜的组合焦距Fa与第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的组合焦距Fb满足：-1.5＜Fa/Fb＜-0.5。满足上述范围，可以综合前后透镜组产生的球差，缩短光学镜头的总长，同时提升光学镜头的成像质量。

在一些实施方式中，光学镜头的光圈数FNO满足：1.4＜FNO＜1.5；光学镜头的最大视场角满足：FOV＞200°。满足上述范围，可以增加光学镜头的通光量，减小光线不足对成像质量的影响，实现大光圈、高像素与超广角的均衡。

在一些实施方式中，第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间距AT12，第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间距AT23满足：0.8＜AT12/AT23＜1.4。满足上述范围，有利于降低光线偏折程度，维持光学镜头的小型化。

在一些实施方式中，第三透镜像侧面的曲率半径R32，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：-0.2＜f/R32+f/R41＜-0.1。满足上述范围，通过控制第三透镜与第四透镜的面型，可以改善第三透镜、第四透镜间鬼影光线角度，降低鬼影能量。

在一些实施方式中，第三透镜的有效焦距f3与光学镜头的有效焦距f满足：1.5＜f3/f＜2.5；第三透镜像侧面的曲率半径R32与第三透镜物侧面的曲率半径R31满足：-1.0＜R32/R31＜0。满足上述范围，通过合理控制第三透镜的焦距及面型，能够有效降低光学镜头的敏感度，提高光学镜头整体的成像质量。

在一些实施方式中，第四透镜与第五透镜的组合焦距f45与光学镜头的有效焦距f满足：-7.0＜f45/f＜-4.0。满足上述范围，通过控制第四透镜与第五透镜组成负透镜组，可以综合后透镜组产生的负球差，缩短光学镜头的总长，同时提升光学镜头的成像质量。

在一些实施方式中，第五透镜物侧面的曲率半径R51，第五透镜像侧面的曲率半径R52与第五透镜的中心厚度CT5满足：-10.0＜(R51+R52)/CT5＜-3.0。满足上述范围，可以合理控制第五透镜的面型，有助于降低系统敏感度，通过降低成型难度来提升制造良率，同时也可以降低镜头产生的杂散光，提升光学镜头的成像质量。

在一些实施方式中，第六透镜物侧面的曲率半径R61，第六透镜像侧面的曲率半径R62与第六透镜的有效焦距f6满足：0.2＜(R61+R62)/f6＜2.0。满足上述范围，可以合理地控制第六透镜的面型及焦距，使其承担合适的光焦度，有助于矫正系统像差，提高光学镜头的整体成像质量。

在一些实施方式中，第六透镜的中心厚度CT6与第三透镜的中心厚度CT3满足：1.4＜CT6/CT3＜2.1。满足上述范围，可以避免因第三透镜过薄而容易造成镜片在成型时的加工难度，或可以避免因第六透镜过厚而导致镜片在组装过程中配合过盈与镜筒干涉，影响光学镜头的成像质量。

在一些实施方式中，第三透镜的中心厚度CT3，第四透镜的中心厚度CT4，第五透镜的中心厚度CT5，第六透镜的中心厚度CT6，第七透镜的中心厚度CT7，第三透镜的边缘厚度ET3，第四透镜的边缘厚度ET4，第五透镜的边缘厚度ET5，第六透镜的边缘厚度ET6，第七透镜的边缘厚度ET7满足：1.2＜(CT3+CT4+CT5+CT6+CT7)/(ET3+ET4+ET5+ET6+ET7)＜1.4。满足上述范围，有利于使光学镜头的结构更加紧凑，可以维持光学镜头的小型化，缩短光学镜头的总长，同时有利于光学镜头的组装，提升光学镜头的良率。

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：6.0＜TTL/f＜7.0。满足上述范围，有利于缩短该光学镜头的总体长度，实现光学镜头的小型化。

在一些实施方式中，第三透镜的有效口径DM3与第七透镜的有效口径DM7满足：0.5＜DM3/DM7＜0.7。满足上述范围，通过合理限制第三透镜与第七透镜的有效口径的比值，有利于维持光学镜头的小型化，缩短光学镜头的总长。

在一些实施方式中，第七透镜的像侧面上反曲点与光轴的垂直距离YR72与光学镜头最大半视场角对应的像高IH满足：1.0＜YR72/IH＜1.5。满足上述范围，有利于轴外视场彗差的矫正，同时有利于场曲的收敛，提升光学镜头的解像力。

在一些实施方式中，光学镜头最大半视场角对应的像高IH与光学镜头的光学总长TTL满足：0.25＜IH/TTL＜0.35。满足上述范围，可以有效地降低光学镜头的总长，有利于实现光学镜头小型化与大像面的均衡。

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，光学镜头均采用玻塑混合搭配，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，第一透镜和第三透镜采用玻璃球面镜片，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七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，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S17依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、光阑ST、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7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在近光轴处为凹面，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为凸面，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S10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在近光轴处为凸面；第七透镜L7具有负光焦度，第七透镜的物侧面S13在近光轴处为凸面，第七透镜的像侧面S14在近光轴处为凹面；滤光片G1的物侧面为S15、像侧面为S16。其中，第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7均为塑胶非球面镜片，第一透镜L1和第三透镜L3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统如表2所示。

表2

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。其中，从图2中可以看出，畸变值控制在8.5%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±0.04mm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±0.02mm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±5μm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。其中，从图7中可以看出，畸变值控制在9%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±0.12mm以内，说明光学镜头200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±0.016mm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±5μm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。其中，从图12中可以看出，畸变值控制在10%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±0.05mm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±0.03mm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±5μm以内，说明光学镜头300的垂轴色差得到良好的校正。

表7是上述三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、光圈数FNO、光学总长TTL，入瞳直径EPD、最大视场角FOV、最大半视场角对应的半像高IH以及与上述每个条件式对应的数值。

表7

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七片玻塑混合镜片的合理搭配，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，实现了镜头高像素成像。

（2）本发明提供的光学镜头，采用七片玻塑混合镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，满足了镜头大视场角的需求，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，有利于微光或昏暗环境的拍摄；同时拥有超过200°的超大视场角，可以达到环视的效果，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 (10)

1.一种光学镜头，共七片透镜，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；

光阑；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凸面；

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，所述第六透镜的物侧面为凸面；

具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

其中，所述第一透镜、所述第二透镜的组合焦距Fa与所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜的组合焦距Fb满足：-1.5＜Fa/Fb＜-0.5。

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：

0.8＜AT12/AT23＜1.4；

其中，AT12表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间距，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。

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：

-0.2＜f/R32+f/R41＜-0.1；

其中，R32表示所述第三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，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＜f3/f＜2.5；

其中，f3表示所述第三透镜的有效焦距，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：

-7.0＜f45/f＜-4.0；

其中，f45表示所述第四透镜与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。

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：

-10.0＜(R51+R52)/CT5＜-3.0；

其中，R51表示所述第五透镜物侧面的曲率半径，R52表示所述第五透镜像侧面的曲率半径，CT5表示所述第五透镜的中心厚度。

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：

0.2＜(R61+R62)/f6＜2.0；

其中，R61表示所述第六透镜物侧面的曲率半径，R62表示所述第六透镜像侧面的曲率半径，f6表示所述第六透镜的有效焦距。

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：

1.4＜CT6/CT3＜2.1；

其中，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，CT6表示所述第六透镜的中心厚度。

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：

1.2＜(CT3+CT4+CT5+CT6+CT7)/(ET3+ET4+ET5+ET6+ET7)＜1.4；

其中，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，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，CT6表示所述第六透镜的中心厚度，CT7表示所述第七透镜的厚度，ET3表示所述第三透镜的边缘厚度，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度，ET5表示所述第五透镜的边缘厚度，ET6表示所述第六透镜的边缘厚度，ET7表示所述第七透镜的边缘厚度。

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：

6.0＜TTL/f＜7.0；

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。