CN213780519U - 一种光学成像镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及镜头技术领域，特别地涉及一种光学成像镜头，本实用新型公开了一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第四透镜；第一透镜为具负屈光率的凸凹透镜；第二透镜为具正屈光率的凸凹透镜；第三透镜为具负屈光率的凹凸透镜，第四透镜具正屈光率且物侧面为凸面，第三透镜和第四透镜均为塑料非球面透镜；该光学成像镜头满足：T3≥0.76mm，T3/T31≤1.28。本实用新型具有光学总长短；成本低；高低温环境下使用，光学系统稳定性好；光圈大；畸变低；近物距使用时具有高解像力的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于镜头技术领域，具体地涉及一种用于驾驶员监控系统(DMS)的光学成像镜头。
背景技术
随着科学技术的不断进步和社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、安防监控、智能交通系统、车载监控等各个领域，因此，对于光学成像镜头的要求也越来越高。
但目前市面上的DMS(驾驶员监控系统)监控镜头还存在许多不足之处，如光学系统稳定性差，在高低温环境下使用，透镜面形变化大，影响使用效果，无法满足车载-40℃～110℃的高低温需求；使用的透镜数量较多，总长较长，成本较高；光学畸变较大，成像变形严重；光圈较小，在比较暗环境下成像效果不佳；近物距使用时光学传递函数管控待提高，解析度低等，已无法满足用户日益提高的要求，急需进行改进。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种光学成像镜头用以解决上述存在的至少部分技术问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；第一透镜至第四透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
第二透镜具正屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；
第三透镜具负屈光率，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凸面；
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面；
第三透镜和第四透镜均为塑料非球面透镜；
该光学成像镜头满足：T3≥0.76mm，T3/T31≤1.28，其中，T3为第三透镜在光轴上的厚度，T31为第三透镜的边缘厚度；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述第一透镜至第四透镜。
进一步的，该光学成像镜头还满足：1.64<nd3<1.68，20.00<vd3<25.00；1.64<nd4<1.68，20.00<vd4<25.00，其中，nd3和nd4分别为第三透镜和第四透镜的折射率，vd3和vd4分别为第三透镜和第四透镜的色散系数。
更进一步的，该第三透镜和第四透镜均采用EP8000材料制成。
进一步的，该光学成像镜头还满足：vd1>70.00，其中，vd1为第一透镜的色散系数。
进一步的，该光学成像镜头还满足：nd2≥1.90，其中，nd2为第二透镜的折射率。
进一步的，该光学成像镜头还满足：f2/f3<0.3，其中，f2和f3分别为第二透镜和第三透镜的焦距。
进一步的，还包括光阑，该光阑设置在第二透镜和第三透镜之间。
进一步的，该光学成像镜头还满足：TTL<11.00mm，其中，TTL为第一透镜的物侧面到成像面在光轴上的距离。
本实用新型的有益技术效果：
本实用新型只采用四片透镜，第三透镜和第四透镜为塑料非球面透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有透镜数量较少，系统总长较短，成本低；高低温环境下使用，透镜面形变化小，光学系统稳定性好；光圈较大，保证在较暗的环境下也能有稳定的成像素质；光学畸变较小，保证了成像的效果；近物距使用时光学传递函数管控较好，解析度高；且适用于九百多纳米的近红外光线，成像时不会反射LED灯的近红外光线而影响驾驶员视觉的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一的结构示意图；
图2为本实用新型实施例一的红外920-960nm的MTF图；
图3为本实用新型实施例一的红外920-960nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图4为本实用新型实施例一的红外960nm的相对照度曲线图；
图5为本实用新型实施例一的场曲和畸变示意图；
图6为本实用新型实施例一的纵向色差图示意图；
图7为本实用新型实施例一的横向色差图示意图；
图8为本实用新型实施例二的结构示意图；
图9为本实用新型实施例二的红外920-960nm的MTF图；
图10为本实用新型实施例二的红外920-960nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图11为本实用新型实施例二的红外960nm的相对照度曲线图；
图12为本实用新型实施例二的场曲和畸变示意图；
图13为本实用新型实施例二的纵向色差图示意图；
图14为本实用新型实施例二的横向色差图示意图；
图15为本实用新型实施例三的结构示意图；
图16为本实用新型实施例三的红外920-960nm的MTF图；
图17为本实用新型实施例三的红外920-960nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图18为本实用新型实施例三的红外960nm的相对照度曲线图；
图19为本实用新型实施例三的场曲和畸变示意图；
图20为本实用新型实施例三的纵向色差图示意图；
图21为本实用新型实施例三的横向色差图示意图；
图22为本实用新型实施例四的结构示意图；
图23为本实用新型实施例四的红外920-960nm的MTF图；
图24为本实用新型实施例四的红外920-960nm在60lp/mm的离焦曲线图；
图25为本实用新型实施例四的红外960nm的相对照度曲线图；
图26为本实用新型实施例四的场曲和畸变示意图；
图27为本实用新型实施例四的纵向色差图示意图；
图28为本实用新型实施例四的横向色差图示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。
本实用新型公开了一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；第一透镜至第四透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。
第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面。
第二透镜具正屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面。
第三透镜具负屈光率，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凸面。
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面。
第三透镜和第四透镜均为塑料非球面透镜，塑料材质相对玻璃材质价格较低，且比较容易加工生产，进一步降低镜头的成本；使用非球面，能够进一步优化色差，并优化畸变，使镜头成像形变小。
该光学成像镜头满足：T3≥0.76mm，T3/T31≤1.28，其中，T3为第三透镜在光轴上的厚度，T31为第三透镜的边缘厚度；第三透镜的厚度较厚，且中心边缘厚度较均匀，使光学系统更稳定，在高低温环境下使用，透镜面形变化小，对车载信赖性实验做出很大贡献，能够满足车载-40℃～110℃的高地温需求。
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述第一透镜至第四透镜。本实用新型只采用四片透镜，第三透镜和第四透镜为塑料非球面透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有透镜数量较少，系统总长较短，成本低；高低温环境下使用，透镜面形变化小，光学系统稳定性好；光圈较大，保证在较暗的环境下也能有稳定的成像素质；光学畸变较小，保证了成像的效果；近物距使用时光学传递函数管控较好，解析度高；且适用于九百多纳米的近红外光线，成像时不会反射LED灯的近红外光线而影响驾驶员视觉的优点。
优选的，该光学成像镜头还满足：1.64<nd3<1.68，20.00<vd3<25.00；1.64<nd4<1.68，20.00<vd4<25.00，其中，nd3和nd4分别为第三透镜和第四透镜的折射率，vd3和vd4分别为第三透镜和第四透镜的色散系数，进一步提升光学系统性能。
更优选的，该第三透镜和第四透镜均采用EP8000材料制成，进一步提升光学系统性能和稳定性。
优选的，该光学成像镜头还满足：vd1>70.00，其中，vd1为第一透镜的色散系数，进一步减小成像的色差。
优选的，该光学成像镜头还满足：nd2≥1.90，其中，nd2为第二透镜的折射率，更好地优化该光学成像镜头的结构。
优选的，该光学成像镜头还满足：f2/f3<0.3，其中，f2和f3分别为第二透镜和第三透镜的焦距，进一步进行温度补偿，降低温漂。
优选的，还包括光阑，该光阑设置在第二透镜和第三透镜之间，使该光学成像镜头的结构比较对称。
优选的，该光学成像镜头还满足：TTL<11.00mm，其中，TTL为第一透镜的物侧面到成像面在光轴上的距离，进一步缩小该光学成像镜头的系统总长。
下面将以具体实施例对本实用新型的光学成像镜头进行详细说明。
实施例一
如图1所示，一种光学成像镜头，从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括第一透镜1、第二透镜2、光阑5、第三透镜3、第四透镜4、保护玻璃6和成像面7；第一透镜1至第四透镜4各自包括一朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面。
第一透镜1具负屈光率，第一透镜1的物侧面11为凸面，第一透镜1的像侧面12为凹面。
第二透镜2具正屈光率，第二透镜2的物侧面21为凸面，第二透镜2的像侧面22为凹面。
第三透镜3具负屈光率，第三透镜3的物侧面31为凹面，第三透镜3的像侧面32为凸面。
第四透镜4具正屈光率，第四透镜4的物侧面41为凸面，第四透镜4的像侧面42为凹面。当然，在其它实施例中，第四透镜4的像侧面42也可以为凸面或平面。
第三透镜3和第四透镜4均为塑料非球面透镜。
本具体实施例中，第一透镜1和第二透镜2采用玻璃材料制成，但并不限于此。
在其它实施例中，光阑5也可以设置其它透镜之间。
本具体实施例的详细光学数据如表1-1所示。
表1-1实施例一的详细光学数据
本具体实施例中，第三透镜3的物侧面31和像侧面32以及第四透镜4的物侧面41和像侧面42依下列非球面曲线公式定义：
其中：
z：非球面的深度(非球面上距离光轴为y的点，与相切于非球面光轴上顶点之切面，两者间的垂直距离)；
c：非球面顶点的曲率(the vertex curvature)；
K：锥面系数(Conic Constant)；
rn：归一化半径(normalization radius(NRADIUS))；
u：r/rn；
am：第m阶Qcon系数(is the mth Qcon coefficient)；
Qm con：第m阶Qcon多项式(the mth Qcon polynomial)；
各个非球面的参数详细数据请参考下表：
| 表面 | 31 | 32 | 41 | 42 |
| K＝ | -3.0927E+00 | -8.8197E-01 | -6.9065E-01 | 5.8456E+00 |
| a<sub>4</sub>＝ | -5.6083E-02 | 6.4735E-03 | -8.4196E-04 | -1.1293E-02 |
| a<sub>6</sub>＝ | 2.6281E-03 | -2.6084E-03 | 8.4319E-05 | 1.8769E-03 |
| a<sub>8</sub>＝ | 1.7592E-02 | 2.7683E-03 | 4.1386E-05 | -1.1858E-04 |
| a<sub>10</sub>＝ | -1.2859E-02 | -8.0332E-04 | -6.9929E-06 | -2.1798E-05 |
| a<sub>12</sub>＝ | 4.4503E-03 | 1.9445E-04 | 6.9752E-07 | 5.5532E-06 |
| a<sub>14</sub>＝ | -6.5801E-04 | -2.4761E-05 | -4.0535E-08 | -3.4010E-07 |
| a<sub>16</sub>＝ | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 5.0015E-10 | 4.5518E-11 |
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图2，离焦曲线图详见图3，可以看出解像力好，分辨率高，在空间频率120lp/mm时，全角度的MTF值均大于0.4，且成像质量好；相对照度图详见图4，可以看出相对照度高，大于70％；场曲及畸变图详见图5的(A)和(B)，可以看出畸变小，光学畸变小于-7％；纵向色差图和横向色差图详见图6和7，可以看出色差优化较好。
本实施例可在-40℃～110℃的高低温环境下使用，系统稳定性好，对车载信赖性实验做出很大贡献。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝5.295mm；光圈值FNO＝2.2；视场角FOV＝62.0°；第一透镜1的物侧面11至成像面7在光轴I上的距离TTL＝10.37mm；工作物距为0.65m。
实施例二
如图8所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数及系统焦距的光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表2-1所示。
表2-1实施例二的详细光学数据
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
| 表面 | 31 | 32 | 41 | 42 |
| K＝ | -3.0990E+00 | -8.7827E-01 | -6.6019E-01 | 5.9979E+00 |
| a<sub>4</sub>＝ | -5.5657E-02 | 6.3841E-03 | -7.9246E-04 | -1.0815E-02 |
| a<sub>6</sub>＝ | 2.6127E-03 | -2.6190E-03 | 7.7793E-05 | 1.8470E-03 |
| a<sub>8</sub>＝ | 1.7397E-02 | 2.7470E-03 | 4.0717E-05 | -1.1803E-04 |
| a<sub>10</sub>＝ | -1.2904E-02 | -8.0830E-04 | -6.9850E-06 | -2.1720E-05 |
| a<sub>12</sub>＝ | 4.4622E-03 | 1.9406E-04 | 7.0852E-07 | 5.5575E-06 |
| a<sub>14</sub>＝ | -6.5888E-04 | -2.4505E-05 | -3.9046E-08 | -3.3993E-07 |
| a<sub>16</sub>＝ | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 3.1503E-10 | 9.0103E-11 |
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图9，离焦曲线图详见图10，可以看出解像力好，分辨率高，在空间频率120lp/mm时，全角度的MTF值均大于0.4，且成像质量好；相对照度图详见图11，可以看出相对照度高，大于70％；场曲及畸变图详见图12的(A)和(B)，可以看出畸变小，光学畸变小于-7％；纵向色差图和横向色差图详见图13和14，可以看出色差优化较好。
本实施例可在-40℃～110℃的高低温环境下使用，系统稳定性好，对车载信赖性实验做出很大贡献。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝5.295mm；光圈值FNO＝2.2；视场角FOV＝62.0°；第一透镜1的物侧面11至成像面7在光轴I上的距离TTL＝10.37mm；工作物距为0.65m。
实施例三
如图15所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数及系统焦距的光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表3-1所示。
表3-1实施例三的详细光学数据
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图16，离焦曲线图详见图17，可以看出解像力好，分辨率高，在空间频率120lp/mm时，全角度的MTF值均大于0.4，且成像质量好；相对照度图详见图18，可以看出相对照度高，大于70％；场曲及畸变图详见图19的(A)和(B)，可以看出畸变小，光学畸变小于-7％；纵向色差图和横向色差图详见图20和21，可以看出色差优化较好。
本实施例可在-40℃～110℃的高低温环境下使用，系统稳定性好，对车载信赖性实验做出很大贡献。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝5.296mm；光圈值FNO＝2.2；视场角FOV＝62.0°；第一透镜1的物侧面11至成像面7在光轴I上的距离TTL＝10.37mm；工作物距为0.65m。
实施例四
如图22所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、透镜非球面系数及系统焦距的光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表4-1所示。
表4-1实施例四的详细光学数据
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
| 表面 | 31 | 32 | 41 | 42 |
| K＝ | -3.2612E+00 | -9.3890E-01 | -6.2634E-01 | 5.7097E+00 |
| a<sub>4</sub>＝ | -5.5920E-02 | 7.3711E-03 | -7.8303E-04 | -1.2212E-02 |
| a<sub>6</sub>＝ | 2.2636E-03 | -2.1635E-03 | 1.2477E-04 | 2.1198E-03 |
| a<sub>8</sub>＝ | 1.8511E-02 | 2.6618E-03 | 3.8605E-05 | -1.4602E-04 |
| a<sub>10</sub>＝ | -1.3282E-02 | -8.1244E-04 | -7.3844E-06 | -2.0947E-05 |
| a<sub>12</sub>＝ | 4.5671E-03 | 2.1162E-04 | 7.4396E-07 | 5.6254E-06 |
| a<sub>14</sub>＝ | -6.8666E-04 | -2.8774E-05 | -3.3980E-08 | -3.2944E-07 |
| a<sub>16</sub>＝ | 0.0000E+00 | 0.0000E+00 | 5.4957E-11 | -4.4657E-10 |
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图23，离焦曲线图详见图24，可以看出解像力好，分辨率高，在空间频率120lp/mm时，全角度的MTF值均大于0.4，且成像质量好；相对照度图详见图25，可以看出相对照度高，大于70％；场曲及畸变图详见图26的(A)和(B)，可以看出畸变小，光学畸变小于-7％；纵向色差图和横向色差图详见图27和28，可以看出色差优化较好。
本实施例可在-40℃～110℃的高低温环境下使用，系统稳定性好，对车载信赖性实验做出很大贡献。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝5.296mm；光圈值FNO＝2.2；视场角FOV＝62.0°；第一透镜1的物侧面11至成像面7在光轴I上的距离TTL＝10.37mm；工作物距为0.65m。
表5本实用新型四个实施例的相关重要参数的数值
| 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | |
| T3 | 0.77 | 0.77 | 0.77 | 0.76 |
| T31 | 0.60 | 0.6 | 0.63 | 0.63 |
| T3/T31 | 1.28 | 1.28 | 1.22 | 1.21 |
| f2/f3 | 0.11 | 0.11 | 0.09 | 0.09 |
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种光学成像镜头，其特征在于：从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；第一透镜至第四透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
第二透镜具正屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；
第三透镜具负屈光率，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凸面；
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面；
第三透镜和第四透镜均为塑料非球面透镜；
该光学成像镜头满足：T3≥0.76mm，T3/T31≤1.28，其中，T3为第三透镜在光轴上的厚度，T31为第三透镜的边缘厚度；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述第一透镜至第四透镜。
2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：1.64<nd3<1.68，20.00<vd3<25.00；1.64<nd4<1.68，20.00<vd4<25.00，其中，nd3和nd4分别为第三透镜和第四透镜的折射率，vd3和vd4分别为第三透镜和第四透镜的色散系数。
3.根据权利要求2所述的光学成像镜头，其特征在于：该第三透镜和第四透镜均采用EP8000材料制成。
4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：vd1>70.00，其中，vd1为第一透镜的色散系数。
5.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：nd2≥1.90，其中，nd2为第二透镜的折射率。
6.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：f2/f3<0.3，其中，f2和f3分别为第二透镜和第三透镜的焦距。
7.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：还包括光阑，该光阑设置在第二透镜和第三透镜之间。
8.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：TTL<11.00mm，其中，TTL为第一透镜的物侧面到成像面在光轴上的距离。
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|---|---|---|---|
| CN202023329914.2U CN213780519U (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种光学成像镜头 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112612116A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-06 | 厦门力鼎光电股份有限公司 | 一种光学成像镜头 |
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2020
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