CN203606551U

CN203606551U - 一种高像素光学镜头

Info

Publication number: CN203606551U
Application number: CN201320680779.7U
Authority: CN
Inventors: 谢前森
Original assignee: Ningbo Sunny Opotech Co Ltd
Current assignee: Ningbo Sunny Opotech Co Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2023-10-30

Abstract

本实用新型公开一种高像素光学镜头，从物方至像方依次为具有正的光焦度的前透镜群组、光阑和具有正的光焦度的后透镜群组；所述的前透镜群组是具有负光焦度的第一透镜与具有负光焦度的第二透镜组成，及具有正光焦度的第三透镜组成；所述的后透镜群组由一组胶合镜片和具有正光焦度的第六透镜组成。本实用新型涉及的光学镜头，可实现畸变小、尺寸小、高通光性能且符合高清晰度要求的光学镜头，并能够保证在-40℃～+85℃的温度范围内仍保持较完美的成像清晰度，特别适用于室外监控和车载相机系统。

Description

一种高像素光学镜头

技术领域

本实用新型涉及一种高像素光学镜头，尤其是适用于不同温度内保持高解像的监控或车载前视镜头。

背景技术

随着汽车工业主动安全的发展，对车载前视镜头要求不断提高，畸变小、小型化、高像素、大孔径镜头已是此类镜头的必备条件。并且要求镜头在-40℃～+85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。

为到达这些要求，前视镜头引入非球面镜片的设计成为了必然的趋势。同时为了达到低成本的要求，镜头中的非球面镜片需尽量使用塑料非球面。但塑料镜片因为受温度影响很大，如果使用不当很难保证不同温度段始终保持高清的图像要求。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于，通过新的光学结构的引入，及光焦度、镜片材料折射率随温度变化特性的合理分配，同时使用部分非球面镜片，提供一种始终保持高清图像的超宽工作温度的镜头。

本实用新型的技术问题通过下述技术方案解决：

一种高像素光学镜头，从物方至像方依次为：正光焦度的前透镜群组、光阑元件、正光焦度的后透镜群组，所述前透镜群组包括具有负光焦度的第一透镜和具有负光焦度的第二透镜，及具有正光焦度的双凸第三透镜，所述第一透镜是弯月或双凹镜片，所述第二透镜是凹面朝向物方的弯月镜片；

所述后透镜群组包括第四透镜、第五透镜和第六透镜，且第四透镜和第五透镜组成一个胶合镜片，具有正的光焦度的双凸的第四透镜在前，具有负的光焦度的第五透镜在后，所述第六透镜为具有正光焦度的凹面朝向物方的正弯月镜片或具有正光焦度的双凸镜片。

进一步的，所述光学镜头的总视场角FOV要满足下述公式：

80°≥FOV≥30°。

进一步的，所述第二透镜为低负光焦度，采用这种形状的镜片使得通过第一片镜片后的光线得到了平稳的过度，有效的矫正了系统的畸变及场曲，并满足以下条件公式：

F2/F＜-3，Vd（2）＞40

其中F2表示的是第二透镜的焦距，F表示所述光学镜头的光学系统的整组焦距值，Vd(2)是第二透镜的阿贝系数，从而更进一步的矫正了色差。

进一步的，所述第一透镜满足以下条件公式：

Nd（1）＜1.65，Vd（1）＞55

其中Nd（1）是第一透镜的材料的折射率，Vd（1）是第一透镜的材料的阿贝常数。

进一步的，所述第三透镜满足以下条件公式：

Nd（3）＞1.78，Vd（3）＞40

其中Nd（3）是第三透镜的材料的折射率，Vd（3）是第三透镜的材料的阿贝常数。

所述第三透镜满足Nd（3）＞1.78，并使用高折射率镜片，进一步实现物方过来的光线可以平稳的过度到后群，并保证镜头的大孔径性能，Vd（3）＞40有效的矫正系统的轴向色像差。

进一步的，所述第四透镜与第五透镜满足：

Vd（4）＞55，Vd（5）＜30，

且胶合单元接合面满足下述条件公式：

5＞|R|/(Φ/2)＞2

其中，Vd（4）是第四透镜的材料的阿贝常数，Vd（5）是第五透镜的材料的阿贝常数，R为接合面的中心曲率半径，Φ为接合面的光线有效口径。

所述第四透镜和第五透镜元件采用胶合设计，能有效改善光学系统的色差。同时控制接合透镜组件的接合面满足5＞|R|/(Φ/2)＞2的条件公式，以有效控制高级像差的产生，从而利于提高整个光学系统的通光能力（光圈FNO≤1.8）和解像能力，并有效降低接合面胶合工艺要求。

进一步的，通过镜头光焦度比例的合理分配，控制镜头前端的有效口径，并控制镜头的TTL，所述光学镜头满足：

TTL/F＜5

其中，TTL表示光学镜头光学系统的总长，F表示所述光学镜头的光学系统的整组焦距值。

进一步的，所述第一透镜的最大通光口径和对应的成像像高、视场角满足下述条件公式：

D/h/FOV≤0.022

其中FOV表示镜头的最大视场角，D表示最大视场角所对应的第一透镜元件朝向物方凸面的最大通光口径，h表示最大视场角所对应的成像像高。

进一步的，所述光学镜头的光圈数满足下述公式：FNO≤1.8。

为进一步的实现高像素，在镜头组成中需要引入非球面，玻璃非球面的引入相对简单，但如果采用塑料非球面，因为塑料非球面折射率随温度变化非常大，需要采用合理的选择非球面位置及光焦度分配，才能实现镜头在-40℃～+85℃的温度范围内保持高像素的解像性能要求。

本实用新型保持了前端较小镜片外径，大孔径，有效矫正光学系统的各种像差，实现高像素、低成本，同时实现了镜头光学后焦随温度变化，并与结构件引起的后焦变化相互抵消，实现后焦补偿效应，使得镜头在工作温度-40℃～＋85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的结构示意图；

图2为实施例1的象散曲线图；

图3为实施例1的畸变曲线图；

图4为实施例1在-40℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；

图5为实施例1在20℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；

图6为实施例1在85℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线。

图7为本实用新型的实施例2的结构示意图；

图8为实施例2的象散曲线图；

图9为实施例2的畸变曲线图；

图10为实施例2在-40℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；

图11为实施例2在20℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；

图12为实施例2在85℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线。

具体实施方式

以下结合附图1对本实用新型的实施例1进行详细描述。

如图1所示，该光学镜头从物方开始依次设有前透镜群组、光阑L9、后透镜群组、滤色片L7、成像面L8，所述的前透镜群组具有正的光焦度，后透镜群组具有正的光焦度。

所述前透镜群组是由具有负光焦度的第一透镜L1弯月镜片与具有负光焦度的凹面朝向物方弯月镜片的第二透镜L2，及具有正光焦度的双凸第三透镜L3组成；

后透镜群组，具有正的光焦度，由三个透镜单元组成，从物方至像方依次为第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6，且第四透镜L4和第五透镜L5组成一个胶合镜片，具有正的光焦度的双凸的第四透镜在前，具有负的光焦度的第五透镜在后，第六透镜L6为具有正光焦度的凹面朝向物方的正弯月镜片或具有正光焦度的双凸镜片。

并且其中前群的第二透镜是塑料非球面，为使得光学系统后焦得到补偿，同时选择第六透镜也为塑料非球面镜片，通过两个塑料镜片光焦度及折射率温度特性的合理选择，得到合理的光学后焦BFL“热胀冷缩”变化量。

从物方至像方，所述第一透镜L1两面为S1、S2，第二透镜L2两面为S3、S4，第三透镜L3两面为S5、S6，光阑L9为S7面，第四透镜L4两面为S8、S9，第五透镜L5两面为S9、S10，第六透镜L6两面为S11、S12，滤光片L7两面为S13、S14。

且非球面镜面的公式为：

Z (h) = \frac{{ch}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) c^{2} h^{2}}} + {Ah}^{4} + {Bh}^{6} + {Ch}^{8} + {Dh}^{10} + {Eh}^{12}

式中：Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高。

c＝1/r，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，A,B,C,D,E为高次非球面系数，而系数中的e代表科学记号，如e-05表示10-5。

实施例1中，该光学镜头的整体焦距值为F，光圈值为FNO，视场角为FOV，镜头总长TTL，

表1为实例1的系统的参数：

F=4.82mmFNO=1.6FOV=70°TTL=19.1mm

面序号	曲率半径r	中心厚度d	折射率Nd	阿贝常数Vd	有效口径D
						1	12.69495	0.6	1.517	64.2	6.41
2	3.121	2.866			4.91
						*3	-3.119	1.662	1.512	56.3	4.74
*4	-3.906	0.1			5.60
						5	9.516	3.249	1.804	46.6	5.58
6	-9.516	-0.2			4.93
						7	Infinity	0.3			4.78
8	7.22	1.983	1.696	55.5	4.78
						9	-7.22	0.6	1.847	23.8	4.43
10	5.6	1.05			4.14
						*11	-26.213	2.2	1.535	56.1	4.34
*12	-4.403	0.1			5.21
						13	Infinity	0.55	1.517	64.2	5.29
14	Infinity	4.045			5.32
						IMA	Infinity				6

下表列出的是非球面系数K、A、B、C、D、E：

面序号	K	A	B	C	D	E
							3	-7.44626	-0.027089536	9.4631562e-005	-3.0200331e-006	-3.7003845e-008	-2.999142e-009
4	-0.4766371	0.0044426215	-0.00018695811	4.843673e-005	-5.931154e-006	2.5939019e-007
							11	-19.01586	-0.0047004498	5.2184872e-005	-2.8882345e-005	-6.6125541e-006	9.0734696e-007
12	-4.836767	0.0046000082	-0.00169682	0.00056190036	-8.3934557e-005	5.3073189e-006

此实例中|R|/(Φ/2)=3.25,TTL/F=3.96，D/h/FOV=0.015。

图2至图6为相应于实施例1的光学性能曲线图，其中图2为象散曲线图，由常用的F,d,C三色光的波长来表示，单位是mm。图3为畸变曲线图，表示不同视场角情况下得畸变大小值，单位为%，图4～图6为光学镜头分别在温度-40℃、20℃、85℃的中心视场的MTF离焦曲线，黑粗线箭头表示离焦曲线的峰值的位置，从这三个图中得到光学后焦BFL随温度变化“热胀冷缩”，根据该系统BFL随温度的变化量结果通常可以采用热膨胀系数CTE大的塑料底座。实现后焦补偿功能，使得光学镜头在工作温度-40℃～＋85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。

以下结合附图7对本实用新型的实施例2进行详细描述。

如图7所示，该光学镜头从物方开始依次设有前透镜群组、光阑L9、后透镜群组、滤色片L7、成像面L8，所述的前透镜群组具有正的光焦度，后透镜群组具有正的光焦度。

后透镜群组，它具有正的光焦度，由三个透镜单元组成，从物方至像方依次为第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6，且第四透镜L4和第五透镜L5组成一个胶合镜片，具有正的光焦度的双凸的第四透镜L4在前，具有负的光焦度的第五透镜L5在后，第六透镜L6为具有正光焦度的凹面朝向物方的正弯月镜片或具有正光焦度的双凸镜片。其中第六透镜为玻璃非球面。

且非球面镜面的公式为：

Z (h) = \frac{{ch}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) c^{2} h^{2}}} + {Ah}^{4} + {Bh}^{6} + {Ch}^{8} + {Dh}^{10} + {Eh}^{12}

表2为实例2的系统的参数：

F=4.85mmFNO=1.5FOV=70°TTL=19.45mm

面序号	曲率半径r	中心厚度d	折射率Nd	阿贝常数Vd	有效口径D
						1	14.841	0.6	1.517	64.2	7.26
2	3.167	3.052			5.46
						3	-4.086	1.741	1.804	46.6	5.34
4	-5.480	0.1			6.37
						5	12.75	1.830	1.772	49.6	6.38
6	-10.99	0.057			6.08
						7	Infinity	1.114			5.65
8	7.455	1.950	1.497	81.5	5.85
						9	-7.455	0.6	1.785	25.7	5.70
10	7.093	0.708			5.64
						*11	14.232	1.773	1.743	49.3	5.77
*12	-7.596	0.1			6.31
						15	Infinity	0.4	1.517	64.2	6.05
16	Infinity	5.24			6.04
						IMA	Infinity				6

下表列出的是非球面系数K、A、B、C、D、E：

面序号

K

A

B

C

D

E

11

19.01586

-0.0020793344

5.5957559e-005

-8.1949736e-005

1.1627235e-005

-8.3665806e-007

12

-4.836767

0.00025672364

-9.8425327e-005

-1.0749914e-005

1.59402e-006

-1.6157054e-007

此实例中|R|/(Φ/2)=2.6,TTL/F=4.0，D/h/FOV=0.017。

图8至图12为相应于实施案例的光学性能曲线图，其中图8为象散曲线图，由常用的F,d,C三色光的波长来表示，单位是mm。图9为畸变曲线图，表示不同视场角情况下得畸变大小值，单位为%，图10～图12为光学镜头分别在温度-40℃、20℃、85℃的中心视场的MTF离焦曲线,黑粗线箭头表示离焦曲线的峰值的位置,从这三个图中得到光学后焦BFL随温度变化“热胀冷缩”，但变化量要比实例1小,根据该系统BFL随温度的变化量结果通常可以采用热膨胀系数CTE小的塑料底座或金属底座,实现后焦补偿功能，使得光学镜头在工作温度-40℃～＋85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。

Claims

1.一种高像素光学镜头，其特征在于，从物方至像方依次为：正光焦度的前透镜群组、光阑元件、正光焦度的后透镜群组，所述前透镜群组包括具有负光焦度的第一透镜和具有负光焦度的第二透镜，及具有正光焦度的双凸第三透镜，所述第一透镜是弯月或双凹镜片，所述第二透镜是凹面朝向物方的弯月镜片；

2.根据权利要求1所述的高像素光学镜头，其特征在于：所述光学镜头的总视场角FOV要满足下述公式：

80°≥FOV≥30°。

3.根据权利要求1所述的高像素光学镜头，其特征在于：

所述第二透镜为低负光焦度，满足以下条件公式：

F2/F＜-3，Vd（2）＞40

其中F2表示的是第二透镜的焦距，F表示所述光学镜头的光学系统的整组焦距值，Vd(2)是第二透镜的阿贝系数。

4.根据权利要求1所述的高像素光学镜头，其特征在于：

所述第一透镜满足以下条件公式：

Nd（1）＜1.65，Vd（1）＞55

5.根据权利要求1所述的高像素光学镜头，其特征在于：

所述第三透镜满足以下条件公式：

Nd（3）＞1.78，Vd（3）＞40

6.根据权利要求1所述的高像素光学镜头，其特征在于：所述第四透镜与第五透镜满足：

Vd（4）＞55，Vd（5）＜30，

且胶合单元接合面满足下述条件公式：

5＞|R|/(Φ/2)＞2

7.根据权利要求1所述的高像素光学镜头，其特征在于：所述光学镜头满足：

TTL/F＜5

8.根据权利要求1所述的高像素光学镜头，其特征在于：所述第一透镜的最大通光口径和对应的成像像高、视场角满足下述条件公式：

D/h/FOV≤0.022

9.根据权利要求1所述的高像素光学镜头，其特征在于：所述光学镜头的光圈数满足下述公式：FNO≤1.8。