CN103513401B - 一种光学镜头组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学镜头组件，包括透镜组，其特征在于，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；且所述透镜组满足以下条件：L/F？>5.9，-1.2<f₁/F<-0.9，L_h/F>1；其中第一透镜的焦距为f₁，透镜组的焦距为F，镜头的光学总长为L，光学后焦为L_h。本发明提供的光学镜头组件仅用4片镜片达到良好的成像效果，结构简单，体积较小，降低了成本；同时本发明比现有产品光学成像波段更宽，可在近红外波段成像，从而具有更好的夜视效果。

Description

一种光学镜头组件

技术领域

本发明涉及一种光学器件，尤其涉及一种光学镜头组件。

背景技术

随着汽车产业的蓬勃发展，汽车的安全性能越来越受到重视。在汽车上配备前视镜头，使之具有行车记录、车道偏移预警、行人障碍识别等功能已成为当前的趋势。在汽车前视设备中，光学成像镜头是极其重要的组件，镜头的成像质量、环境适应性直接决定了前视设备的性能，因而对配备在成像设备中的光学镜头具有很高的要求。

国内外生产车载前视光学镜头厂商，虽然可以满足车载前视镜头的指标要求，但是存在结构复杂、成本较高、无夜视功能（只可对650nm以下光学波段成像）等缺点。

发明内容

本发明为解决现有车载光学镜头结构较复杂的问题，提供一种结构简单、具有较好的光学性能的光学镜头组件。

本发明提供一种光学镜头组件，包括透镜组，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；

所述第一透镜为具有负屈光度的双凹非球面透镜；

所述第二透镜为具有正屈光度的凸面朝向物方的凸凹球面透镜；

所述第三透镜为具有正屈光度的双凸非球面透镜；

所述第四透镜为具有正屈光度的凹面朝向物方的凹凸非球面透镜；

所述透镜组满足以下条件：

L/F>5.9，

-1.2<f₁/F<-0.9，

L_h/F>1；

其中第一透镜的焦距为f₁，透镜组的焦距为F，镜头的光学总长为L，光学后焦为L_h。

与现有技术相比：本发明仅用4片镜片达到良好的成像效果，结构简单，体积较小，降低了成本；同时本发明比现有产品光学成像波段更宽，可在近红外波段清晰成像，从而具有更好的夜视效果。

附图说明

图1是本发明光学镜头组件的结构示意图；

图2是本发明实施例一光学镜头组件的MTF（光学传递函数）示意图；

图3是本发明实施例一光学镜头组件的场曲图；

图4是本发明实施例一光学镜头组件的畸变图；

图5是本发明实施例二光学镜头组件的MTF（光学传递函数）示意图；

图6是本发明实施例二光学镜头组件的场曲图；

图7是本发明实施例二光学镜头组件的畸变图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种光学镜头组件，适用于车载光学镜头，包括车辆行车记录、车道偏移预警、行人障碍识别等车载光电智能***。

所述光学镜头组件，包括透镜组1，所述透镜组1包括同轴且自物方至像方依次排列的：第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13和第四透镜14；

所述第一透镜11为具有负屈光度的双凹非球面透镜；

所述第二透镜12为具有正屈光度的凸面朝向物方的凸凹球面透镜；

所述第三透镜13为具有正屈光度的双凸非球面透镜；

所述第四透镜14为具有正屈光度的凹面朝向物方的凹凸非球面透镜；

且所述透镜组1满足以下条件：

L/F>5.9，

-1.2<f₁/F<-0.9，

L_h/F>1；

其中第一透镜11的焦距为f₁，透镜组1的焦距为F，镜头的光学总长为L，光学后焦为L_h。

本发明中L/F数值较大，光学镜头成为反远距结构。如此，一方面可使镜头的角放大率减小，成像面最大主光线角减小，从而使镜头与成像芯片的匹配更加容易；另一方面，L_h/F相应增大，从而使镜头后焦变大，便于后期光学镜头组件调焦装配。

本发明的技术人员付出极大的精力，经过无数次的实验，优化设计了光学镜头组件，使其光学成像波段更宽，可在近红外波段（650nm-780nm）清晰成像，从而具有更好的夜视效果。

进一步，所述透镜组1满足以下条件：

8<C₂/C₁<12，1.5<C₃/C₁<3，1.5<C₄/C₁<3；

其中第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14的中心厚度分别为C₁、C₂、C₃、C₄。

透镜组1各透镜的中心厚度具有合理的配比关系能保障良好的成像质量，而且使得各透镜厚度尽可能小，有助于缩短镜头总长；同时本发明合理的设置透镜的最大外径，能够确保透镜组1整体外径较小。通过透镜的中心厚度和最大外径的合理配置，有效的缩减了镜头的体积。

更优选地，第一透镜11的中心厚度C₁<2mm，第一透镜11的最大外径小于7.5mm；

第二透镜12的中心厚度C₂<7mm，第二透镜12的最大外径小于7.5mm；

第三透镜13的中心厚度C₃<2mm，第三透镜13的最大外径小于7.5mm；

第四透镜14的中心厚度C₄<2mm，第四透镜14的最大外径小于7.5mm。

所述光学镜头组件还包括光阑2，位于第三透镜13与第四透镜14之间。

所述光阑2为孔径光阑，用于控制通过透镜的光通量，光阑2满足以下条件：D₁<D₂，其中光阑2与第三透镜13的距离为D₁，光阑2与第四透镜14的距离为D₂，本发明中光阑与透镜表面的距离为沿水平光轴的距离。。

所述光学镜头组件还包括滤光片3，位于第四透镜14后方，滤光片3是具有滤光作用平板玻璃，为了配合镜头对可见光到近红外光波段良好成像，滤光片的透过波长范围相应设置为可见光到近红外光波段（420-780nm）。

进一步，所述透镜组1的折射率满足以下条件：n₁<n₂，n₃<n₂，n₄<n₂；

其中所述第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14的折射率分别为n₁、n₂、n₃、n₄。

进一步，所述透镜组1的阿贝系数满足以下条件：v₁>v₂、v₃>v₂、v₄>v₂；

其中所述第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14的阿贝系数为分别为v₁、v₂、v₃、v₄。

进一步，所述第一透镜11包括第一表面110和第二表面111，第二透镜12包括第三表面120和第四表面121，第三透镜13包括第五表面130和第六表面131，第四透镜14包括第七表面140和第八表面141；透镜组1满足以下条件：

-37<R₁/R₂<-32，

1<R₃/R₄<2，

-1.2<R₅/R₆<-0.9，

18<R₇/R₈<22；

其中所述第一表面110至第八表面141的曲率半径分别为R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈。

本发明实施例中，第一表面110、第二表面111、第五表面130、第六表面131、第七表面140和第八表面141均为非球面，并满足以下的非球面公式：

其中：z为以各非球面与光轴的交点为起点、垂直光轴方向的轴向值，k为二次曲面系数，c为透镜表面的中心曲率；r为透镜表面的高度，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇……为非球面系数。

本发明提供的光学镜头组件，第二透镜12为玻璃透镜，第一透镜11、第三透镜13和第四透镜14为塑胶透镜。通过一片玻璃透镜、三片塑胶透镜的混合搭配，大幅降低了成本，减轻镜头重量。

下面再通过两个实施例，提供两份参数，以使技术人员能更加清楚地知晓本发明的优点。

实施例一

本实施例提出了光学镜头组件的相关参数，具体如下：

表1镜面参数

表2非球面系数参数

k，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇为非球面系数。

表1中的厚度为该面到下一个面的距离，如表1中，第一表面110的厚度为0.55，即指第一透镜11的中心厚度为0.55mm；第二表面111的厚度为1.75，即指第二表面111与第三表面120的距离为1.75mm；依次类推。

在本实施例中，上述参数中F=3.0，f₁=-3.17，f₂=17.16，f₃=3.09，f₄=6.44，L=18.2，L_h=3.34。镜头光学总长L=18.2，L/F>5.9，从而最大主光线角较小，因此与成像芯片的匹配更加容易，像面照度更高。L_h/F>1，后焦较大，便于调焦装配。

图2是本发明实施例一光学镜头组件的调制传递函数（ModulationTransferFunction，简称MTF）曲线图，图中横轴表示空间频率，单位：线对每毫米（lp/mm）；纵轴表示调制传递函数（MTF）的数值，所述MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强。从图2可以看出，各视场子午方向(T)和弧矢方向(S)方向的MTF曲线很靠近，其表明：该镜头在各个视场，子午方向(T)和弧矢方向(S)这两个方向的成像性能具有良好的一致性，能保证镜头组件在整个成像面上都能清晰成像，而不会出现中间清晰、边缘模糊的情况。全视场内MTF非常集中，并且MTF曲线下降趋势平直，可以确保较佳的成像质量。

从图2中可知，在内奎斯特频率v=1/(2*6um)=83lp/mm处，MTF均大于0.3，因此使得镜头对该近红外波段也可较好成像。

图3和图4分别是本发明实施例一光学镜头组件的场曲和畸变图，从图4和图5可以看出，场曲小于0.1mm，畸变在1%范围内，具有良好的光学性能。

实施例二

表3镜面参数

表4非球面系数参数

k，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇为非球面系数。

上述参数得出F=2.99，f₁=-3.2，f₂=17.15，f₃=3.1，f₄=6.45，L=18，L_h=3.32。镜头光学总长L=18，L/F>5.9，从而最大主光线角较小，因此与成像芯片的匹配更加容易，像面照度更高。L_h/F>1，后焦较大，便于调焦装配。

图5是本发明实施例二的光学镜头组件的调制传递函数（ModulationTransferFunction，简称MTF）曲线图，图中横轴表示空间频率，单位：线对每毫米（lp/mm）；纵轴表示调制传递函数（MTF）的数值，所述MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强。从图7可以看出，各视场子午方向(T)和弧矢方向(S)方向的MTF曲线很靠近，其表明：该镜头在各个视场，子午方向(T)和弧矢方向(S)这两个方向的成像性能具有良好的一致性，能保证镜头组件在整个成像面上都能清晰成像，而不会出现中间清晰、边缘模糊的情况。全视场内MTF非常集中，并且MTF曲线下降趋势平直，可以确保较佳的成像质量。

从图5中可知，在内奎斯特频率v=1/(2*6um)=83lp/mm处，MTF均大于0.3，因此使得镜头对该近红外波段也可较好成像。

图6和图7分别是本发明实施例二光学镜头组件的场曲和畸变图，从图6和图7可以看出，场曲小于0.1mm，畸变在1%范围内，具有良好的光学性能。

综上所述，本发明提供的光学镜头组件包括第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜组成的镜片组，其结构、排列方式配置合理，可以有效缩减镜头体积且获得较高的成像质量；

同时本发明比现有产品光学成像波段更宽，将镜头的光学通过波段扩展到近红外区域，可在近红外波段清晰成像，从而具有更好的夜视效果。

本发明通过一片玻璃透镜、三片塑胶透镜的混合搭配，大幅降低了成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学镜头组件，包括透镜组，其特征在于，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；

所述第一透镜为具有负屈光度的双凹非球面透镜；

所述第二透镜为具有正屈光度的凸面朝向物方的凸凹球面透镜；

所述第三透镜为具有正屈光度的双凸非球面透镜；

所述第四透镜为具有正屈光度的凹面朝向物方的凹凸非球面透镜；

且所述透镜组满足以下条件：

L/F>5.9，

-1.2<f₁/F<-0.9，

L_h/F>1；

其中第一透镜的焦距为f₁，透镜组的焦距为F，镜头的光学总长为L，光学后焦为L_h。

2.如权利要求1所述的光学镜头组件，其特征在于，所述透镜组满足以下条件：

8<C₂/C₁<12，1.5<C₃/C₁<3，1.5<C₄/C₁<3；

其中第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的中心厚度分别为C₁、C₂、C₃、C₄。

3.如权利要求1所述的光学镜头组件，其特征在于，还包括光阑，所述光阑位于第三透镜与第四透镜之间。

4.如权利要求3所述的光学镜头组件，其特征在于，所述光阑满足以下条件：

D₁>D₂

其中光阑与第三透镜的距离为D₁，光阑与第四透镜的距离为D₂。

5.如权利要求1所述的光学镜头组件，其特征在于，还包括滤光片，所述滤光片位于第四透镜朝向像方的一侧。

6.如权利要求5所述的光学镜头组件，其特征在于，所述滤光片的透过波长范围为420-780nm。

7.如权利要求1所述的光学镜头组件，其特征在于，所述透镜组的折射率满足以下条件：

n₁<n₂，n₃<n₂，n₄<n₂；

其中所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的折射率分别为n₁、n₂、n₃、n₄。

8.如权利要求1所述的光学镜头组件，其特征在于，所述透镜组的阿贝系数满足以下条件：

v₁>v₂、v₃>v₂、v₄>v₂；

其中所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的阿贝系数为分别为v₁、v₂、v₃、v₄。

9.如权利要求1所述的光学镜头组件，其特征在于，所述第一透镜包括第一表面和第二表面，第二透镜包括第三表面和第四表面，第三透镜包括第五表面和第六表面，第四透镜包括第七表面和第八表面；所述透镜组满足以下条件：

-37<R₁/R₂<-32，

1<R₃/R₄<2，

-1.2<R₅/R₆<-0.9，

18<R₇/R₈<22；

其中所述第一表面至第八表面的曲率半径分别为R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈。

10.如权利要求1所述的光学镜头组件，其特征在于，所述第二透镜为玻璃透镜，所述第一透镜、第三透镜和第四透镜为塑胶透镜。