CN117608058B - 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；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；具有光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面；具有光焦度的第四透镜，其像侧面为凸面；其中，所述第三透镜与所述第四透镜组成胶合透镜，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：5.6＜IH/EPD＜6.5。本发明通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头具有高像素、长后焦、小型化、大光圈、大视场的特点。

Description

光学镜头

技术领域

本发明属于成像镜头技术领域，特别是涉及一种光学镜头。

背景技术

近年来，随着电子科技的高速发展，智能高清摄像头在各个领域得到了广泛应用，同时对光学镜头提出了更高的要求。日夜共焦镜头是一种能同时在RGB光源和红外光源下共用同一光学系统成像的系统，其优势在于无需更换光学器件，目前已被广泛应用在车载、安防等领域，也是未来市场的发展趋势。

然而，现有的大部分日夜共焦镜头，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高清成像的要求；同时，还存在高低温环境下清晰度严重下降、温度漂移大的问题，不能满足很多车载、安防场合对于镜头外形的要求，且镜头成像画面周边亮度不够，相对照度也较低。

因此，亟需设计出一种集高像素、大视场、长后焦及小型化于一身的日夜共焦镜头。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可日夜共焦的光学镜头，至少具有高像素、大视场、长后焦及小型化的优点。

本发明提供了一种光学镜头，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；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；具有光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面；具有光焦度的第四透镜，其像侧面为凸面；其中，所述第三透镜与所述第四透镜组成胶合透镜，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：5.6＜IH/EPD＜6.5。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的光学镜头，通过采用四片透镜，且通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头具有高像素、长后焦、小型化的特点；同时，通过设置第三透镜与第四透镜组成胶合透镜，进一步使得光学镜头具有高像素、小型化的特点；另外，通过合理控制IH/EPD的比值，使得光学镜头同时具有大视场及大光圈的特点，进而使得光学镜头在弱光下也可清晰成像，并在可见光波长与红外光波长范围内实现共焦，从而可使该光学镜头用于智慧交通、智能安防等领域。

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RGB光源中心视场TF曲线图。

图6为本发明第一实施例的光学镜头的红外光源中心视场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轴向像差曲线图。

图11为本发明第二实施例的光学镜头的RGB光源中心视场TF曲线图。

图12为本发明第二实施例的光学镜头的红外光源中心视场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轴向像差曲线图。

图17为本发明第三实施例的光学镜头的RGB光源中心视场TF曲线图。

图18为本发明第三实施例的光学镜头的红外光源中心视场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。显然，本申请所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。

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、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及滤光片，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；第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凸面；第三透镜具有正光焦度或负光焦度，第三透镜的物侧面为凸面；第四透镜具有负光焦度或正光焦度，第四透镜的像侧面为凸面，且第三透镜与第四透镜组成胶合透镜。

更具体的，第一透镜具有负光焦度，可对经由第一透镜的光线进行发散，使得在相同视场角条件下，经第一透镜出射的光线可使后续的光学系统有更大的光线接收面；第一透镜的物侧面为凸面，可以尽可能收集大视场光线进入后方光学系统；第一透镜的像侧面为凹面，可以将经由第一透镜的大角度光线迅速发散，有利于后方光学系统对大角度光线进行像差校正，实现清晰成像。第二透镜具有正光焦度，可对从第一透镜出射的光线进行汇聚且可使光线走势平稳过渡，同时能够压低光线入射到后续光学系统的高度；第二透镜的物侧面为凸面且形状比较平坦，可使经过第一透镜发散的光线迅速转折且靠近光轴；第二透镜的像侧面为凸面，可使前方汇聚的光线进一步汇聚，且可使光线平缓过渡至成像面，校正一部分像散和场曲，提高光学镜头的解像能力。第三透镜具有正光焦度且第四透镜具有负光焦度或第三透镜具有负光焦度且第四透镜具有正光焦度，可对从第二透镜出射的光线进一步汇聚并可使光线平缓过渡至成像面，同时可以校正前方正透镜和负透镜带来的各种像差；第三透镜的物侧面为凸面且与第二透镜的像侧面的形状差异不大，可使从第二透镜出射的光线平缓过渡且进一步汇聚光线并更加靠近光轴；第四透镜的像侧面为凸面且与第三透镜的物侧面的形状差异不大，可使前方汇聚的光线平稳汇聚至成像面且可减少各视场光线的损失，提升各视场的相对照度。光阑设置在第一透镜与第二透镜之间且靠近第二透镜，可使进入光学系统的光线得到有效收束，且可以平衡光阑前后透镜的光焦度分配及像差，保证前后透镜光线入射角大小的均衡性，减小光学系统后端的透镜口径，降低透镜的敏感性，提高光学镜头的稳定性。

本发明通过合理约束各透镜的面型及光焦度，使其结构紧凑，实现日夜共焦、大光圈、大视场、长后焦、小型化和高像素的优点。

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：5.6＜IH/EPD＜6.5。满足上述条件式，通过合理设置光学镜头的像高与入瞳直径的比值，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满足：170°＜FOV＜210°；光学镜头的最大视场角FOV与光学镜头的光圈数FNO满足：70°＜FOV/FNO＜90°。满足上述条件式，通过合理设置光学镜头的视场角与光圈数的比值，有利于实现大视场角特性，从而能够获取更多的场景信息，满足大范围探测的需求；同时，在大视场角的基础上可以增大光学镜头的光圈，有利于改善广角带来的边缘视场相对亮度下降快的问题，从而可以实现大视场与大光圈的平衡。

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：5.5＜TTL/f＜8.0。满足上述条件式，通过合理控制光学镜头的光学总长与有效焦距的比值，可以减小各透镜在总长中所占的比值，有效增大后焦长度，避免镜头与芯片干涉，同时有利于控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：-1.0＜f1/f2＜0。满足上述条件式，通过合理控制第一透镜与第二透镜的焦距，使其焦距更接近，有利于光线平缓过渡及光线收束，减小边缘视场的像差、场曲和畸变，提升光学镜头的成像品质。

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：12.0＜R11/f＜30.0。满足上述条件式，可以有效控制第一透镜物侧面的面型弯曲度，增大视场角的同时控制光学镜头的前端口径，实现大视场与小型化的均衡。

在一些实施例中，第一透镜的中心厚度CT1、第二透镜的中心厚度CT2以及第一透镜与第二透镜之间在光轴上的空气间隔AT12满足：4.3＜(CT1+AT12)/CT2＜5.7。满足上述条件式，通过合理调整第一透镜、第二透镜的中心厚度以及第一透镜与第二透镜间的空气间隔，可使进入第一透镜的大范围入射光线得到充分发散，并经由第二透镜得到迅速汇聚，同时有利于后端光学系统对大角度像差进行校正，从而实现光学镜头的小型化和高像素的均衡。

在一些实施例中，第三透镜与第四透镜的组合焦距f34与光学镜头的有效焦距f满足：2.8＜f34/f＜6.5。满足上述条件式，通过合理设置胶合透镜的焦距占比，可在降低透镜组装敏感性和减小光学镜头体积的基础上，减少各视场光线的损失，提升各视场的相对照度，且有利于有效消除鬼像对光学镜头的影响，矫正光学镜头的像差、场曲和畸变，提升光学镜头的成像质量。

在一些实施例中，第三透镜的中心厚度CT3、第四透镜的中心厚度CT4以及光学镜头的光学总长TTL满足：0.25＜(CT3+CT4)/TTL＜0.35。满足上述条件式，通过合理设置第三透镜与第四透镜的中心厚度，可以有效避免镜片过薄而致使镜片在成型时塑脂材料填充不均或镜片过厚而致使镜片在组装过程中配合过盈与镜筒干涉，从而可以保证光学镜头的成像质量。

在一些实施例中，第二透镜的有效焦距f2与光学镜头的有效焦距f满足：2.5＜f2/f＜6.6；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：0.5＜(R21-R22)/(R21+R22)＜2.0。满足上述条件式，可以使第二透镜具有适当的正光焦度和面型，有利于光线平稳过渡，同时能够矫正光线经第一透镜过度偏折所产生的像差，提升光学镜头的成像品质。

在一些实施例中，光学镜头的光学后焦BFL与光学镜头的光学总长TTL满足：0.20＜BFL/TTL＜0.30。满足上述条件式，通过合理控制光学镜头的光学后焦与光学总长的比值，可使光学镜头在长后焦的情况下放入滤光片切换装置不会有干涉，从而有利于实现日夜共焦切换。

在一些实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜采用玻塑混合搭配结构。其中，第一透镜和第二透镜为玻璃球面镜片，通过玻璃自身低色散的特点，可以有效矫正光学系统的几何色差；第三透镜和第四透镜为塑胶非球面镜片，可以有效降低成本、修正像差。而在一些实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜均为塑胶非球面镜片，用以进一步降低成本、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、材料选择部分以及光阑位置有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表以及结构图。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。

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以下方程式：

；

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，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S10依次包括：第一透镜L1、光阑ST、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及滤光片G1。

其中，第一透镜L1为具有负光焦度的玻璃球面透镜，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为具有正光焦度的玻璃球面透镜，第二透镜的物侧面S3为凸面，第二透镜的像侧面S4为凸面；第三透镜L3为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第三透镜的物侧面S5为凸面，第三透镜的像侧面为凸面；第四透镜L4为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面S7为凸面，且第三透镜L3与第四透镜L4组成胶合透镜，其胶合面为S6；滤光片G1的物侧面S9和像侧面S10均为平面。

具体的，本实施例提供的光学镜头的各透镜的设计参数如表1所示。

表1

本实施例提供的光学镜头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的畸变曲线图、场曲曲线图、轴向像差曲线图、RGB光源中心视场TF曲线图、红外光源中心视场TF曲线图。其中，光学镜头的畸变控制在±25%以内，场曲的偏移量控制在±0.15mm以内，轴向像差的偏移量控制在±0.03mm以内，两种光源中心视场离焦差值在0.002mm以内。

第二实施例

请参阅图7，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，该光学镜头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、材质、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的各透镜的设计参数如表3所示。

表3

本实施例提供的光学镜头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的畸变曲线图、场曲曲线图、轴向像差曲线图、RGB光源中心视场TF曲线图、红外光源中心视场TF曲线图。其中，光学镜头的畸变控制在-30%以内，场曲的偏移量控制在±0.08mm以内，轴向像差的偏移量控制在±0.07mm以内，两种光源中心视场离焦差值在0.001mm以内。

第三实施例

请参照图13，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，该光学镜头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、材质、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的各透镜的设计参数如表5所示。

表5

本实施例提供的光学镜头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的畸变曲线图、场曲曲线图、轴向像差曲线图、RGB光源中心视场TF曲线图、红外光源中心视场TF曲线图。其中，光学镜头的畸变控制在-30%以内，场曲的偏移量控制在±0.1mm以内，轴向像差的偏移量控制在±0.06mm以内，两种光源中心视场离焦差值在0.001mm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FOV、光学总长TTL、全像高IH、有效焦距f、入瞳直径EPD和各透镜的有效焦距，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”等的描述指的是结合该实施例描述的具体特征、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。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呈现出来。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种光学镜头，共四片透镜，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凸面，所述第二透镜的像侧面为凸面；

具有光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面；

具有光焦度的第四透镜，所述第四透镜的像侧面为凸面；

其中，所述第三透镜与所述第四透镜组成胶合透镜，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：5.6＜IH/EPD＜6.5；所述光学镜头的最大视场角FOV与所述光学镜头的光圈数FNO满足：70°＜FOV/FNO＜90°。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头的有效焦距f满足：5.5＜TTL/f＜8.0。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的有效焦距f1与所述第二透镜的有效焦距f2满足：-1.0＜f1/f2＜0。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜物侧面的曲率半径R11与所述光学镜头的有效焦距f满足：12.0＜R11/f＜30.0。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的中心厚度CT1、所述第二透镜的中心厚度CT2以及所述第一透镜与所述第二透镜之间在光轴上的空气间隔AT12满足：4.3＜(CT1+AT12)/CT2＜5.7。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜与所述第四透镜的组合焦距f34与所述光学镜头的有效焦距f满足：2.8＜f34/f＜6.5。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜的中心厚度CT3、所述第四透镜的中心厚度CT4以及所述光学镜头的光学总长TTL满足：0.25＜(CT3+CT4)/TTL＜0.35。

8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的有效焦距f2与所述光学镜头的有效焦距f满足：2.5＜f2/f＜6.6。

9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学后焦BFL与所述光学镜头的光学总长TTL满足：0.20＜BFL/TTL＜0.30。