CN204143049U - 一种光学镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光学镜头。所述光学镜头从物方到像方依次包括：具有正光焦度的前透镜群组、光阑元件、具有正光焦度的后透镜群组；所述前透镜群组从物方到像方依次包括：第一透镜、第二透镜，所述第一透镜为具有负光焦度的双凹透镜，所述第二透镜为具有正光焦度的双凸透镜；所述后透镜群组从物方到像方依次包括：第三透镜、第四透镜、及第五透镜，所述第三透镜和第四透镜组成一个胶合透镜，所述第五透镜为具有正光焦度的非球面镜且呈两个凹面朝向相同的弯月形。本实用新型可在满足低成本、小型化的要求条件下，实现高像素、畸变小、大孔径，在-40℃～85℃的温度范围内仍保持完美的成像，特别适用于兼顾日夜或者照明条件较差的监控和车载相机系统。

Description

一种光学镜头

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种光学镜头。

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、百万像素、大孔径镜头已是此类镜头的必备条件。并且要求低成本、在-40℃～+85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。

目前市面上的广角室内监控和车载相机镜头还不能满足在低成本、小型化的条件下，实现高像素、畸变小、大孔径成像。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种光学镜头，能够在满足低成本、小型化的要求条件下，实现高像素、畸变小、大孔径，在-40℃～85℃的温度范围内仍保持完美的成像，特别适用于兼顾日夜或者照明条件较差的监控和车载相机系统。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种光学镜头，从物方到像方依次包括：具有正光焦度的前透镜群组、光阑元件、具有正光焦度的后透镜群组；

其中，所述前透镜群组从物方到像方依次包括：第一透镜、第二透镜，所述第一透镜为具有负光焦度的双凹透镜，所述第二透镜为具有正光焦度的双凸透镜；所述后透镜群组从物方到像方依次包括：第三透镜、第四透镜、及第五透镜，所述第三透镜和第四透镜组成一个胶合透镜，所述第五透镜为具有正光焦度的非球面镜，且第五透镜的形状为两个凹面朝向相同的弯月形。

其中，所述胶合透镜中的第三透镜具有正光焦度且为双凸形状，所述胶合透镜中的第四透镜具有负光焦度且为双凹形状，所述第五透镜的两个凹面朝向物方。

其中，所述胶合透镜中的第三透镜具有负光焦度且为双凹形状，所述胶合透镜中的第四透镜具有正光焦度且为双凸形状，所述第五透镜的两个凹面朝向像方。

其中，所述第一透镜满足以下公式：

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。

其中，所述第一透镜满足以下公式：

-0.9≥F1/F≥-2.0

其中，F1是第一透镜的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。

其中，所述第二透镜满足以下公式：

Nd(2)≥1.73，Vd(2)≥40

其中，Nd(2)是第二透镜的材料的折射率，Vd(2)是第二透镜的材料的阿贝常数。

其中，所述前透镜群组的焦距、后透镜群组的焦距与所述光学镜头的整组焦距值满足以下公式：

2.5≥F(前)/F≥1.3，3≥F(后)/F≥1.5

其中，F(前)是前透镜群组的焦距值，F(后)表示后透镜群组的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。

其中，所述第五透镜满足以下公式：

|r9-r10|＜2，且F5/F＞2

其中，r9是第五透镜物侧方向的半径值，r10是第五透镜像侧方向的半径值，F5是第五透镜的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。

其中，所述光学镜头的光学长度满足以下条件：

TTL/F≤4.5

其中，TTL表示所述光学镜头的光学长度，即所述光学镜头的第一透镜的物方侧最外点至所述光学镜头的成像焦平面的距离，F表示所述光学镜头的整组焦距值；

所述光学镜头的光圈数FNO满足以下公式：

FNO≤1.8

所述光学镜头的总视场角FOV满足以下公式：

80°≥FOV≥40°

所述第一透镜的最大通光口径和对应的成像像高与所述光学镜头的视场角满足以下公式：

D/h/FOV≤0.025

其中，FOV表示所述光学镜头的最大视场角，d表示最大FOV所对应的第一透镜朝向物方的凹面的最大通光口径，h表示最大FOV所对应的成像像高。

其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、及第四透镜均为球面玻璃镜片，所述第五透镜为塑料非球面镜片。

其中，所述第一透镜、第二透镜为球面玻璃镜片，所述第三透镜、第四透镜、及第五透镜为塑料非球面镜片。

有益效果：

本实用新型所述的一种光学镜头，通过采用5片镜片结构、以及非球面镜片的设计，能够在满足低成本、小型化的要求条件下，实现高像素、畸变小、大孔径、高通光性能且符合高清晰度要求以及有效矫正光学系统的各种像差，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，特别适用于兼顾日夜或者照明条件较差的监控和车载相机系统。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提供的一种光学镜头的结构示意图。

图2是图1中光学镜头的MTF解像曲线。

图3是图1中光学镜头的象散曲线图。

图4是图1中光学镜头的畸变曲线图。

图5是本实用新型具体实施方式提供的另一种光学镜头的结构示意图。

图6是图5中光学镜头的MTF解像曲线。

图7是图5中光学镜头的象散曲线图。

图8是图5中光学镜头的畸变曲线图。

图中：

L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；L4-第四透镜；L5-第五透镜；L6-光阑元件；L7-滤色片；L8-成像面；S1、S2-第一透镜的两面；S3、S4-第二透镜的两面；S5–光阑元件面；S6、S7-第三透镜的两面；S7、S8-第四透镜的两面；S9、S10-第五透镜的两面；S11、S12-滤色片的两面。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1：

图1是本实用新型具体实施方式提供的一种光学镜头的结构示意图。如图1所示，本实用新型所述的一种光学镜头，从物方到像方依次包括：具有正光焦度的前透镜群组、光阑元件L6、具有正光焦度的后透镜群组、滤色片L7、成像面L8，

其中，所述前透镜群组从物方到像方依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2，所述第一透镜L1为具有负光焦度的双凹透镜，所述第二透镜L2为具有正光焦度的双凸透镜；所述后透镜群组从物方到像方依次包括：第三透镜L3、第四透镜L4、及第五透镜L5，所述第三透镜L3和第四透镜L4组成一个胶合透镜，所述第五透镜L5为具有正光焦度的非球面镜，且第五透镜L5的形状为两个凹面朝向相同的弯月形。

其中，优选地，所述第五透镜L5为塑料非球面镜片。第五透镜L5采用塑料材质，可以减轻所述光学镜头的重量，并且降低成本。

所述胶合透镜中的第三透镜L3具有正光焦度且为双凸形状，所述胶合透镜中的第四透镜L4具有负光焦度且为双凹形状，所述第五透镜L5的两个凹面朝向物方。

在本实施例中，所述第一透镜L1满足以下公式：

Nd(1)≤1.65，Vd(1)≥55

其中，Nd(1)是第一透镜L1的材料的折射率，Vd(1)是第一透镜L1的材料的阿贝常数。较低的折射率可以避免由物方过来的光线经过如第五透镜这样的双凹(或月牙)透镜后光线的发散过大。同时，所述第一透镜L1满足以下公式：

-0.9≥F1/F≥-2.0

其中，F1是第一透镜L1的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。由此，能够使得第一透镜L1的外形尺寸及整个光学镜头系统的像差达到一个较好的平衡。

在本实施例中，所述第二透镜L2满足以下公式：

Nd(2)≥1.73，Vd(2)≥40

其中，Nd(2)是第二透镜L2的材料的折射率，Vd(2)是第二透镜L2的材料的阿贝常数。使用高折射率的第二镜片，进一步实现物方过来的光线可以平稳的过渡到后透镜群组，并保证所述光学镜头的大孔径性能，Vd(2)≥40能够有效的矫正光学镜头系统的轴向色像差。

所述前透镜群组的焦距、后透镜群组的焦距与所述光学镜头的整组焦距值满足以下公式：

2.5≥F(前)/F≥1.3，3≥F(后)/F≥1.5

其中，F(前)是前透镜群组的焦距值，F(后)表示后透镜群组的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。通过对前透镜群组、后透镜群组的光焦度的比例进行合理的分配，一方面能够有效的控制光学镜头前端的有效口径及光学镜头的光学后焦；另一方面可以有效的消除光学镜头系统的高级像差及畸变像差。

在本实施例中，所述第五透镜L5满足以下公式：

|r9-r10|＜2，且F5/F＞2

其中，r9是第五透镜L5物侧方向的半径值，r10是第五透镜L5像侧方向的半径值，F5是第五透镜L5的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。通过在光学镜头的光路中最后一个镜片即第五透镜L5采用接近同心圆的镜片，并且是非球面，同时控制该镜片为低光焦度(焦距长)，使得光线在最后可以有效平稳的汇聚，纠正系统的像差，特别是控制了镜头的畸变。同时因为该镜片已经做成了非球面，不存在传统的球面同心圆加工难的问题。

所述第五透镜L5的非球面镜面满足以下公式：

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

其中，Z(h)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表示非球面镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，A、B、C、D、E为高次非球面系数。

进一步地，所述光学镜头的光学长度满足以下条件：

TTL/F≤4.5

其中，TTL表示所述光学镜头的光学长度，即所述光学镜头的第一透镜L1的物方侧最外点至所述光学镜头的成像焦平面的距离，F表示所述光学镜头的整组焦距值；

所述光学镜头的光圈数FNO满足以下公式：

FNO≤1.8

所述光学镜头的总视场角FOV满足以下公式：

80°≥FOV≥40°

所述第一透镜L1的最大通光口径和对应的成像像高与所述光学镜头的视场角满足以下公式：

D/h/FOV≤0.025

其中，FOV表示所述光学镜头的最大视场角，d表示最大FOV所对应的第一透镜L1朝向物方的凹面的最大通光口径，h表示最大FOV所对应的成像像高。

优选地，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、及第四透镜L4均为球面玻璃镜片，所述第五透镜L5为塑料非球面镜片。

图2-图4为本实施例的光学性能曲线图。其中，图2是图1中光学镜头的MTF解像曲线；图3是图1中光学镜头的象散曲线图，由常用的三色光的波长来表示，单位为mm；图4是图1中光学镜头的畸变曲线图，表示不同视场角情况下归一化后的畸变大小值，单位为％。由图2-图4可知，体现出了该镜头具有较好的光学性能。

在本实施例中，该光学镜头的整组焦距值为F，光圈值为FNO，视场角为FOV，镜头总长为TTL，F＝4.8mm，FNO＝1.8，FOV＝58°，TTL＝18.3mm。

需要说明的是，第一透镜的两面为S1、S2，第二透镜的两面为S3、S4，光阑元件面为S5，第三透镜的两面为S6、S7，第四透镜的两面为S7、S8，第五透镜的两面为S9、S10，滤色片的两面为S11、S12；所述S1-S12与下表中的面序号一一对应，其中，IMA表示成像面L8的像面。

下表为实施例1的所述光学镜头的系统的参数：

下表列出的是非球面系数K、A、B、C、D、E：

根据上述数据，计算本实施例中所涉及到的公式的数值如下：

|r9-r10|＝1.23，F5/F＝2.35，F(前)/F＝1.84，F(后)/F＝2.4，TTL/F＝3.8，D/h/FOV＝0.02。在实施例1中，作为一组优选的参数，采用该参数的光学镜头，能够达到更好的光学性能。

综上所述，本实用新型所述的一种光学镜头，通过采用5片镜片结构、以及非球面镜片的设计，能够在满足低成本、小型化的要求条件下，实现高像素、畸变小、大孔径、高通光性能且符合高清晰度要求以及有效矫正光学系统的各种像差，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，特别适用于兼顾日夜或者照明条件较差的监控和车载相机系统。

实施例2：需要说明的是，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中的后透镜群组中的胶合透镜结构不同、以及第五透镜L5的两个凹面朝向不同。

图5是本实用新型具体实施方式提供的另一种光学镜头的结构示意图。如图5所示，本实用新型所述的一种光学镜头，从物方到像方依次包括：具有正光焦度的前透镜群组、光阑元件L6、具有正光焦度的后透镜群组、滤色片L7、成像面L8；

其中，所述前透镜群组从物方到像方依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2，所述第一透镜L1为具有负光焦度的双凹透镜，所述第二透镜L2为具有正光焦度的双凸透镜；所述后透镜群组从物方到像方依次包括：第三透镜L3、第四透镜L4、及第五透镜L5，所述第三透镜L3和第四透镜L4组成一个胶合透镜，所述第五透镜L5为具有正光焦度的非球面镜，且第五透镜L5的形状为两个凹面朝向相同的弯月形。

优选地，所述第五透镜L5为塑料非球面镜片。第五透镜L5采用塑料材质，可以减轻所述光学镜头的重量，并且降低成本。

所述胶合透镜中的第三透镜L3具有负光焦度且为双凹形状，所述胶合透镜中的第四透镜L4具有正光焦度且为双凸形状，所述第五透镜L5的两个凹面朝向像方。

在本实施例中，所述第一透镜L1满足以下公式：

Nd(1)≤1.65，Vd(1)≥55

其中，Nd(1)是第一透镜L1的材料的折射率，Vd(1)是第一透镜L1的材料的阿贝常数。较低的折射率可以避免由物方过来的光线经过如第五透镜这样的双凹(或月牙)透镜后光线的发散过大。所述第一透镜L1满足以下公式：

-0.9≥F1/F≥-2.0

其中，F1是第一透镜L1的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。由此，能够使得第一透镜L1的外形尺寸及整个光学镜头系统的像差达到一个较好的平衡。

所述第二透镜L2满足以下公式：

Nd(2)≥1.73，Vd(2)≥40

其中，Nd(2)是第二透镜L2的材料的折射率，Vd(2)是第二透镜L2的材料的阿贝常数。使用高折射率的第二镜片，进一步实现物方过来的光线可以平稳的过渡到后透镜群组，并保证所述光学镜头的大孔径性能，Vd(2)≥40能够有效的矫正光学镜头系统的轴向色像差。

所述前透镜群组的焦距、后透镜群组的焦距与所述光学镜头的整组焦距值满足以下公式：

2.5≥F(前)/F≥1.3，3≥F(后)/F≥1.5

其中，F(前)是前透镜群组的焦距值，F(后)表示后透镜群组的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。通过对前透镜群组、后透镜群组的光焦度的比例进行合理的分配，一方面能够有效的控制光学镜头前端的有效口径及光学镜头的光学后焦；另一方面可以有效的消除光学镜头系统的高级像差及畸变像差。

所述第五透镜L5满足以下公式：

|r9-r10|＜2，且F5/F＞2

其中，r9是第五透镜L5物侧方向的半径值，r10是第五透镜L5像侧方向的半径值，F5是第五透镜L5的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。通过在光学镜头的光路中最后一个镜片即第五透镜L5采用接近同心圆的镜片，并且是非球面，同时控制该镜片为低光焦度(焦距长)，使得光线在最后可以有效平稳的汇聚，纠正系统的像差，特别是控制了镜头的畸变。同时因为该镜片已经做成了非球面，不存在传统的球面同心圆加工难的问题。

所述第五透镜L5的非球面镜面满足以下公式：

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

其中，Z(h)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表示非球面镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，A、B、C、D、E为高次非球面系数。

所述光学镜头的光学长度满足以下条件：

TTL/F≤4.5

其中，TTL表示所述光学镜头的光学长度，即所述光学镜头的第一透镜L1的物方侧最外点至所述光学镜头的成像焦平面的距离，F表示所述光学镜头的整组焦距值；

所述光学镜头的光圈数FNO满足以下公式：

FNO≤1.8

所述光学镜头的总视场角FOV满足以下公式：

80°≥FOV≥40°

所述第一透镜L1的最大通光口径和对应的成像像高与所述光学镜头的视场角满足以下公式：

D/h/FOV≤0.025

其中，FOV表示所述光学镜头的最大视场角，d表示最大FOV所对应的第一透镜L1朝向物方的凹面的最大通光口径，h表示最大FOV所对应的成像像高。

优选地，所述第一透镜L1、第二透镜L2为球面玻璃镜片，所述第三透镜L3、第四透镜L4、及第五透镜L5为塑料非球面镜片。

图6-图8为本实施例的光学性能曲线图。其中，图6是图5中光学镜头的MTF解像曲线；图7是图5中光学镜头的象散曲线图，由常用的三色光的波长来表示，单位为mm；图8是图5中光学镜头的畸变曲线图，表示不同视场角情况下归一化后的畸变大小值，单位为％。由图6-图8可知，体现出了该镜头具有较好的光学性能。

在本实施例中，该光学镜头的整组焦距值为F，光圈值为FNO，视场角为FOV，镜头总长为TTL，F＝4.68mm，FNO＝1.8，FOV＝58°，TTL＝19.87mm。

需要说明的是，第一透镜的两面为S1、S2，第二透镜的两面为S3、S4，光阑元件面为S5，第三透镜的两面为S6、S7，第四透镜的两面为S7、S8，第五透镜的两面为S9、S10，滤色片的两面为S11、S12，所述S1-S12与下表中的面序号一一对应，其中，IMA表示成像面L8的像面。

下表为实施例2的所述光学镜头的系统的参数：

下表列出的是非球面系数K、A、B、C、D、E：

根据上述数据，计算本实施例中所涉及到的公式的数值如下：

|r9-r10|＝1，F5/F＝7，F(前)/F＝1.63，F(后)/F＝2.08，TTL/F＝4.2，D/h/FOV＝0.022。在实施例2中，作为一组优选的参数，采用该参数的光学镜头，能够达到更好的光学性能。

综上所述，本实用新型所述的一种光学镜头，通过采用5片镜片结构、以及非球面镜片的设计，能够在满足低成本、小型化的要求条件下，实现高像素、畸变小、大孔径、高通光性能且符合高清晰度要求以及有效矫正光学系统的各种像差，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，特别适用于兼顾日夜或者照明条件较差的监控和车载相机系统。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光学镜头，其特征在于，从物方到像方依次包括：具有正光焦度的前透镜群组、光阑元件、具有正光焦度的后透镜群组；

其中，所述前透镜群组从物方到像方依次包括：第一透镜、第二透镜，所述第一透镜为具有负光焦度的双凹透镜，所述第二透镜为具有正光焦度的双凸透镜；所述后透镜群组从物方到像方依次包括：第三透镜、第四透镜、及第五透镜，所述第三透镜和第四透镜组成一个胶合透镜，所述第五透镜为具有正光焦度的非球面镜，且第五透镜的形状为两个凹面朝向相同的弯月形。

2.根据权利要求1所述的一种光学镜头，其特征在于，所述胶合透镜中的第三透镜具有正光焦度且为双凸形状，所述胶合透镜中的第四透镜具有负光焦度且为双凹形状，所述第五透镜的两个凹面朝向物方。

3.根据权利要求1所述的一种光学镜头，其特征在于，所述胶合透镜中的第三透镜具有负光焦度且为双凹形状，所述胶合透镜中的第四透镜具有正光焦度且为双凸形状，所述第五透镜的两个凹面朝向像方。

4.根据权利要求1所述的一种光学镜头，其特征在于，所述第一透镜满足以下公式：

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。

5.根据权利要求1所述的一种光学镜头，其特征在于，所述第一透镜满足以下公式：

-0.9≥F1/F≥-2.0

其中，F1是第一透镜的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。

6.根据权利要求1所述的一种光学镜头，其特征在于，所述第二透镜满足以下公式：

Nd(2)≥1.73，Vd(2)≥40

其中，Nd(2)是第二透镜的材料的折射率，Vd(2)是第二透镜的材料的阿贝常数。

7.根据权利要求1所述的一种光学镜头，其特征在于，所述前透镜群组的焦距、后透镜群组的焦距与所述光学镜头的整组焦距值满足以下公式：

2.5≥F(前)/F≥1.3，3≥F(后)/F≥1.5

其中，F(前)是前透镜群组的焦距值，F(后)表示后透镜群组的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。

8.根据权利要求1所述的一种光学镜头，其特征在于，所述第五透镜满足以下公式：

|r9-r10|＜2，且F5/F＞2

其中，r9是第五透镜物侧方向的半径值，r10是第五透镜像侧方向的半径值，F5是第五透镜的焦距值，F表示所述光学镜头的整组焦距值。

9.根据权利要求1所述的一种光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学长度满足以下条件：

TTL/F≤4.5

其中，TTL表示所述光学镜头的光学长度，即所述光学镜头的第一透镜的物方侧最外点至所述光学镜头的成像焦平面的距离，F表示所述光学镜头的整组焦距值；

所述光学镜头的光圈数FNO满足以下公式：

FNO≤1.8

所述光学镜头的总视场角FOV满足以下公式：

80°≥FOV≥40°

所述第一透镜的最大通光口径和对应的成像像高与所述光学镜头的视场角满足以下公式：

D/h/FOV≤0.025

其中，FOV表示所述光学镜头的最大视场角，d表示最大FOV所对应的第一透镜朝向物方的凹面的最大通光口径，h表示最大FOV所对应的成像像高。

10.根据权利要求1所述的一种光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、及第四透镜均为球面玻璃镜片，所述第五透镜为塑料非球面镜片。

11.根据权利要求1所述的一种光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜为球面玻璃镜片，所述第三透镜、第四透镜、及第五透镜为塑料非球面镜片。