CN113640973B

CN113640973B - 光学成像镜头及成像设备

Info

Publication number: CN113640973B
Application number: CN202111200985.9A
Authority: CN
Inventors: 张歆越; 王克民; 曾吉勇
Original assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Priority date: 2021-10-15
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2041-10-15
Also published as: CN113640973A

Abstract

本发明公开了一种光学成像镜头及成像设备，该光学成像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；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面，且第四透镜和第五透镜组成粘合透镜组；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面。该光学成像镜头具有高照度、大光圈和高解像力的优点。

Description

光学成像镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种光学成像镜头及成像设备。

背景技术

随着自动驾驶技术的发展，ADAS（Advanced Driver Assistant System，高级驾驶辅助***）已经成了汽车的标配；其中，车载摄像镜头作为ADAS的关键器件，能够实时感知车辆周边的路况情况，实现前向碰撞预警、车道偏移报警和行人检测等功能，其性能高低直接影响着ADAS的安全系数，因此，对车载摄像镜头的性能要求越来越高。

ADAS***对所搭载的车载镜头要求极高，首先要求其通光能力强，能适应外界环境的明暗变化，同时要求镜头有较高的成像清晰度，能有效分辨道路环境的细节，同时要求镜头能够对发射或反射不同波长单色光的物体(如交通信号灯、公路标识信息等)具有良好的分辨能力，以满足智能驾驶***的特殊要求。然而，现有市场上的大多镜头均不能很好的满足上述要求，因此，开发一种可以配合ADAS的高照度、大光圈、高解像力的光学镜头是当务之急。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学成像镜头及成像设备，至少具有高照度、大光圈和高解像力的特点。

本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

第一方面，本发明提供了一种光学成像镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜，第二透镜，第三透镜，光阑，第四透镜，第五透镜，第六透镜和滤光片；所述第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；所述第三透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述光阑设置于所述第三透镜和所述第四透镜之间；所述第四透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；所述第五透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面、像侧面为凸面，且所述第四透镜和所述第五透镜组成粘合透镜组；所述第六透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；其中，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为玻璃球面镜片，所述第二透镜和所述第六透镜为玻璃非球面镜片；所述光学成像镜头满足条件式：6<TTL/IH<7，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，IH表示所述光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半。

第二方面，本发明提供一种成像设备，包括成像元件及第一方面提供的光学成像镜头，成像元件用于将光学成像镜头形成的光学图像转换为电信号。

相较现有技术，本发明提供的光学成像镜头及成像设备，通过各镜片面型的合理配置以及光焦度的合理搭配，使镜头在实现良好成像质量的同时，具有热稳定性好、大光圈以及方便组装等有益效果；而且全部使用玻璃透镜，能够很大程度上保证镜头的信赖性品质，使其能适用于对环境比较苛刻领域。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一实施例的光学成像镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的光学成像镜头的场曲曲线图；

图3为本发明第一实施例的光学成像镜头的相对照度曲线图；

图4为本发明第一实施例的光学成像镜头的MTF曲线图；

图5为本发明第二实施例的光学成像镜头的结构示意图；

图6为本发明第二实施例的光学成像镜头的场曲曲线图；

图7为本发明第二实施例的光学成像镜头的相对照度曲线图；

图8为本发明第二实施例的光学成像镜头的MTF曲线图；

图9为本发明第三实施例的成像设备的结构示意图。

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。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

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成像镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及滤光片；

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；

第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凸面；

第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；

光阑设置于第三透镜和第四透镜之间；

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面为凹面，第五透镜的像侧面为凸面，且第四透镜和第五透镜组成粘合透镜组；

第六透镜具有正光焦度，第六透镜的物侧面为凸面，第六透镜的像侧面为凹面；

其中，第一透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均为玻璃球面镜片，第二透镜和第六透镜为玻璃非球面镜片；所述光学成像镜头全部使用玻璃透镜，能够很大程度上保证镜头的信赖性品质，使其能适用于对环境比较苛刻的领域。

所述光学成像镜头满足以下条件式：

6<TTL/IH<7；（1）

其中，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，IH表示所述光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半。满足条件式（1），可以实现镜头像面扩大同时压缩镜头的总长，使镜头的设计更加小型化，便于搭载在终端设备上。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.8<f/IH<0.9；（2）

f/ENPD<1.5；（3）

其中，f表示所述光学成像镜头的焦距，IH表示所述光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半，ENPD表示所述光学成像镜头的入瞳直径。满足上述条件式（2），表明镜头具有较大的成像面，能满足大靶面芯片的成像需求。满足上述条件式（3），可以使光学成像镜头具有更大的光圈，在明暗环境中均具有良好的成像效果。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

6<R6/R5<10；（4）

4<R11/R10<12；（5）

2<R6/TTL<3；（6）

1<R11/TTL<4；（7）

其中，R5表示第三透镜物侧面的曲率半径，R6表示第三透镜像侧面的曲率半径，R10表示第六透镜物侧面的曲率半径，R11表示第六透镜像侧面的曲率半径，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足上述条件式（4）至（7），可以改变第三透镜的像侧面二次反射鬼像的光瞳像在焦面上的相对位置和第六透镜的像侧面二次反射鬼像的光瞳像在焦面上的相对位置，通过控制曲率半径可以使得鬼像的光瞳像远离焦面，有效降低鬼像的相对能量值，提高镜头成像画面的质量。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

17.5°<(CRA)_max<18.5°；（8）

其中，(CRA)_max表示所述光学成像镜头的全视场主光线在像面上入射角的最大值。满足条件式（8），可以使镜头的CRA与大芯片感光元件的CRA更匹配，提高芯片感光效率。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-1<f4/f5<-0.6；（9）

其中，f4表示第四透镜的焦距，f5表示第五透镜的焦距。满足条件式（9），通过胶合两枚正负光焦度的镜片，达到消除色差的作用。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

6.8<TTL/CT2<7.8；（10）

其中，CT2表示第二透镜的中心厚度，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足条件式（10），通过增大第二透镜的中心厚度，达到矫正场曲的作用。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：

0.48<∑CT/TTL<0.55；（11）

0.16<BFL/TTL<0.20；（12）

其中，∑CT表示所述光学成像镜头中所有透镜的中心厚度之和，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，BFL表示所述光学成像镜头的光学后焦。满足条件式（11），能够合理配置各个透镜的中心厚度总和，有效地缩短镜头的光学总长，实现镜头的小型化；满足条件式（12），能够合理控制镜头的后焦距离，降低镜头本体与成像芯片在结构上的干涉，有利于镜头的安装使用。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

3.2<Vd4/Vd5<4；（13）

0.8<Nd4/Nd5<0.86；（14）

其中，Vd4表示第四透镜的阿贝数，Vd5表示第五透镜的阿贝数，Nd4表示第四透镜的折射率，Nd5表示第五透镜的折射率。满足条件式（13）至（14），通过增大第四透镜和第五透镜之间的阿贝数差值和折射率差值，更有利于色差的消除。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-18°<|ϕ3|-arctan[S3/(R3²-S3²)^1/2] <18°；（15）

-14°<|ϕ4|-arctan[S4/(R4²-S4²)^1/2] <14°；（16）

-19°<|ϕ10|-arctan[S10/(R10²-S10²)^1/2] <19°；（17）

其中，ϕ3表示第二透镜的物侧面在有效半口径处的面心角，ϕ4表示第二透镜的像侧面在有效半口径处的面心角，ϕ10表示第六透镜的物侧面在有效半口径处的面心角；S3表示第二透镜的物侧面的有效半口径，S4表示第二透镜的像侧面的有效半口径，S10表示第六透镜的物侧面的有效半口径；R3表示第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示第二透镜的像侧面的曲率半径，R10表示第六透镜的物侧面的曲率半径。满足上述条件式（15）至（17），使得第二透镜和第六透镜的镜片中心到边缘光焦度的变化趋势更接近余弦函数，在温度变化时，所有视场的离焦曲线会更加聚拢，有利于改善镜头的温度性能。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.85<(R3-CT2)/R4<1.05；（18）

-0.9<R2/R3<-0.75；（19）

其中，R2表示第一透镜的像侧面的曲率半径，R3表示第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示第二透镜的像侧面的曲率半径，CT2表示第二透镜的中心厚度。满足上述条件式（18），可使第二透镜的形状近似为同心圆状，有利于减小***的像差，提升解像质量；同时，第一透镜与第二透镜的相邻面满足上述条件式（19），可使光线更平滑的通过第二透镜，有利于降低第二透镜的公差敏感度。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足条件式：

-1.8<f1/f<-1.7；（20）

-7.5<f2/f<-4.5；（21）

2.5<f3/f<3.0；（22）

1.4<f4/f<1.8；（23）

-8<f5/f<-1；（24）

3.6<f6/f<4.0；（25）

其中，f1表示第一透镜的焦距，f2表示第二透镜的焦距，f3表示第三透镜的焦距，f4表示第四透镜的焦距，f5表示第五透镜的焦距，f6表示第六透镜的焦距，f表示所述光学成像镜头的焦距。满足上述条件式（20）至（25），通过各透镜的光焦度的合理搭配组合，能够更好矫正***的像差，提高镜头的成像品质。

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，光学成像镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

作为一种实施方式，当光学成像镜头中的透镜为非球面透镜时，非球面的表面形状均满足下列方程：

，

其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示曲面顶点的曲率，K表示二次曲面系数，h表示光轴到曲面的距离，B、C、D、E和F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数。

第一实施例

请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的光学成像镜头100的结构示意图，该光学成像镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3，光阑ST，第四透镜L4，第五透镜L5，第六透镜L6，以及滤光片G1。

第一透镜L1具有负光焦度，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具有负光焦度，第二透镜的物侧面S3为凹面，第二透镜的像侧面S4为凸面；

第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5为凸面，第三透镜的像侧面S6为凹面；

光阑ST设置于第三透镜L3和第四透镜L4之间；

第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7和像侧面均为凸面；

第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面为凹面，第五透镜的像侧面S9为凸面，第四透镜L4和第五透镜L5组成粘合透镜组，即第四透镜的像侧面和第五透镜的物侧面的胶合面为S8；

第六透镜L6具有正光焦度，第六透镜的物侧面S10为凸面，第六透镜的像侧面S11为凹面；

其中，第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5均为玻璃球面镜片，第二透镜L2和第六透镜L6为玻璃非球面镜片。

请参阅表1，为本发明第一实施例中提供的光学成像镜头100中各个镜片的相关参数。

表1

本实施例中，光学成像镜头100的各透镜非球面的参数如表2所示。

表2

请参照图2、图3和图4，所示分别为本实施例中光学成像镜头100的场曲曲线图、相对照度曲线图和MTF曲线图。

图2的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。其中，图2中横轴表示偏移量（单位：mm），纵轴表示视场角（单位：度）。从图2中可以看出，在全视场内子午像面和弧矢像面的场曲在±0.1mm内，说明光学成像镜头的场曲矫正良好。

图3的相对照度曲线表示成像面上不同视场角度的相对照度值。其中，图3中横轴表示Y视场（单位：度），纵轴表示相对照度的值。从图3中可以看出，在最大半视场角时的相对照度值仍大于80%，说明光学成像镜头的相对照度高。

图4的MTF曲线表示不同空间频率的近轴MTF。其中，图4中横轴表示空间频率(单位：线对/毫米)，纵轴表示MTF值。从图4中可以看出，在最大空间频率下的近轴MTF值依然有0.58以上，说明光学成像镜头的近轴像差得到良好的校正。

第二实施例

请参阅图5，所示为本发明第二实施例提供的光学成像镜头200的结构示意图，本实施例当中的光学成像镜头200与第一实施例当中的光学成像镜头100大抵相同，不同之处在于，各个透镜的曲率半径、材质、厚度等有所不同，具体各个透镜的相关参数参见表3所示。

表3

本实施例中，光学成像镜头200的各透镜非球面的参数如表4所示。

表4

请参照图6、图7和图8，所示分别为本实施例中光学成像镜头的场曲曲线图、相对照度曲线图和MTF曲线图。从图6中可以看出，在全视场内子午像面和弧矢像面的场曲在±0.1mm内，说明光学成像镜头的场曲矫正良好。从图7中可以看出，在最大半视场角时的相对照度值仍大于80%，说明光学成像镜头的相对照度高。从图8中可以看出，在最大空间频率下的近轴MTF值依然有0.55以上，说明光学成像镜头的近轴像差得到良好的校正。

表5是上述实施例中对应的光学特性，包括光学成像镜头的焦距f、光学总长TTL、视场角FOV、光圈数F#和前面所述每个条件式对应的数值。

表5

综上所述，本发明的光学成像镜头采用六片玻璃镜片，通过各镜片面型的合理配置以及光焦度的合理搭配，使镜头在实现良好成像质量的同时，具有热稳定性好、大光圈以及方便组装等有益效果；而且全部使用玻璃透镜，能够很大程度上保证镜头的信赖性品质，使其能适用于对环境比较苛刻领域。

第三实施例

请参阅图9，所示为本发明第三实施例提供的成像设备300，该成像设备300可以包括成像元件310和上述任一实施例中的光学成像镜头（例如光学成像镜头100）。成像元件310可以是CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补性金属氧化物半导体）图像传感器，还可以是CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）图像传感器。

该成像设备300可以是车载摄像设备、安防监控、运动相机以及其它任意一种形态的装载了上述光学成像镜头的电子设备。

本申请实施例提供的成像设备300包括光学成像镜头100，由于光学成像镜头100具有高照度、大光圈和高解像力的优点，具有该光学成像镜头100的成像设备300也具有高照度、大光圈和高解像力的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。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或示例。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。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种光学成像镜头，其特征在于，共六片透镜，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；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第二透镜的像侧面为凸面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；

光阑；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面，所述第五透镜的像侧面为凸面，且所述第四透镜和所述第五透镜组成粘合透镜组；

具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面为凸面，所述第六透镜的像侧面为凹面；

其中，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为玻璃球面镜片，所述第二透镜和所述第六透镜为玻璃非球面镜片；

所述光学成像镜头满足条件式：

6<TTL/IH<7；

-1<f4/f5<-0.6；

其中，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，IH表示光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半，f4表示所述第四透镜的焦距，f5表示所述第五透镜的焦距。

2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：

0.8<f/IH<0.9；

f/ENPD<1.5；

其中，f表示所述光学成像镜头的焦距，IH表示光学成像镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半，ENPD表示所述光学成像镜头的入瞳直径。

3.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：

6<R6/R5<10；

4<R11/R10<12；

2<R6/TTL<3；

1<R11/TTL<4；

其中，R5表示所述第三透镜物侧面的曲率半径，R6表示所述第三透镜像侧面的曲率半径，R10表示所述第六透镜物侧面的曲率半径，R11表示所述第六透镜像侧面的曲率半径，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。

4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：

17.5°<(CRA)_max<18.5°；

其中，(CRA)_max表示所述光学成像镜头全视场主光线在像面上入射角的最大值。

5.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：

6.8<TTL/CT2<7.8；

其中，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。

6.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：

0.48<∑CT/TTL<0.55；

0.16<BFL/TTL<0.20；

其中，∑CT表示所述光学成像镜头中所有透镜的中心厚度之和，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，BFL表示所述光学成像镜头的光学后焦。

7.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：

-18°<|ϕ3|-arctan[S3/(R3²-S3²)^1/2] <18°；

-14°<|ϕ4|-arctan[S4/(R4²-S4²)^1/2] <14°；

-19°<|ϕ10|-arctan[S10/(R10²-S10²)^1/2] <19°；

其中，ϕ3表示所述第二透镜的物侧面在有效半口径处的面心角，ϕ4表示所述第二透镜的像侧面在有效半口径处的面心角，ϕ10表示所述第六透镜的物侧面在有效半口径处的面心角；S3表示所述第二透镜的物侧面的有效半口径，S4表示所述第二透镜的像侧面的有效半口径，S10表示所述第六透镜的物侧面的有效半口径；R3表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，R10表示所述第六透镜的物侧面的曲率半径。

8.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：

-0.9<R2/R3<-0.75；

0.85<(R3-CT2)/R4<1.05；

其中，R2表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径，R3表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，CT2表示所述第二透镜的中心厚度。

9.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：

-1.8<f1/f<-1.7；

-7.5<f2/f<-4.5；

2.5<f3/f<3.0；

1.4<f4/f<1.8；

-8<f5/f<-1；

3.6<f6/f<4.0；

其中，f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距，f3表示所述第三透镜的焦距，f6表示所述第六透镜的焦距，f表示所述光学成像镜头的焦距。

10.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的光学成像镜头及成像元件，所述成像元件用于将所述光学成像镜头形成的光学图像转换为电信号。