CN115185067B

CN115185067B - 光学成像镜头及成像设备

Info

Publication number: CN115185067B
Application number: CN202211106406.9A
Authority: CN
Inventors: 张歆越; 王克民
Original assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Priority date: 2022-09-12
Filing date: 2022-09-12
Publication date: 2022-12-16
Anticipated expiration: 2042-09-12
Also published as: CN115185067A

Abstract

本发明公开了一种光学成像镜头及成像设备，沿光轴从物侧到成像面依次包含：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，其像侧面为凹面；具有负光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面与像侧面均为凸面；光阑；具有正光焦度的第五透镜，其物侧面与像侧面均为凸面；具有负光焦度的第六透镜，其物侧面与像侧面均为凹面；具有正光焦度的第七透镜，其物侧面与像侧面均为凸面；具有正光焦度的第八透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面。本发明至少具有大广角和高解像力的特点。

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，具体是涉及一种光学成像镜头及成像设备。

背景技术

车载环视***，是由安装在车身前后左右的四个超广角摄像头组成，以用于同时采集车辆四周的影像，再经过图像处理后，图像最终可拼接成一幅车辆四周无缝隙的360°全景俯视图，驾驶员据此可对车辆周围的道路状况进行观测，提高行车的安全指数。故而，车载环视***极大拓展了驾驶员对周围环境的感知能力，使驾驶员在处理车辆起步、行车转弯、泊车入位、窄道会车、规避障碍等情况时从容不迫、轻松自如，从而可以有效减少刮蹭、甚至碰撞碾压等事故的发生。

由于车载环视***应用在户外复杂的环境中，所以对所搭载的超广角摄像头要求极高，不仅要求视场角大，而且需要具备良好的热稳定性，使其在高低温环境下也能保持较好的解像力。因此，亟需开发一种具有大广角和高解像力均衡的车载摄像头。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种光学成像镜头及成像设备，至少具有大广角和高解像力的特点。

本发明通过以下技术方案实现上述发明目的。

第一方面，本发明提供一种光学成像镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包含：第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜，光阑，第五透镜，第六透镜，第七透镜，第八透镜和滤光片；其中，第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，其像侧面为凹面；第三透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面；第四透镜具有正光焦度，其物侧面与像侧面均为凸面；第五透镜具有正光焦度，其物侧面与像侧面均为凸面；第六透镜具有负光焦度，其物侧面与像侧面均为凹面，且第五透镜与第六透镜组成胶合透镜组；第七透镜具有正光焦度，其物侧面与像侧面均为凸面；第八透镜具有正光焦度，其物侧面为凹面、像侧面为凸面。

第二方面，本发明还提供一种成像设备，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。

相比现有技术，本发明提供的光学成像镜头，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、大广角以及方便组装的有益效果。

附图说明

图1为本发明第一实施例中光学成像镜头的结构示意图。

图2为本发明第一实施例中光学成像镜头的相对照度示意图。

图3为本发明第一实施例中光学成像镜头的F-Theta畸变示意图。

图4为本发明第一实施例中光学成像镜头的MTF示意图。

图5为本发明第二实施例中光学成像镜头的结构示意图。

图6为本发明第二实施例中光学成像镜头的相对照度示意图。

图7为本发明第二实施例中光学成像镜头的F-Theta畸变示意图。

图8为本发明第二实施例中光学成像镜头的MTF示意图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的实施例。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。

本发明实施例提供一种光学成像镜头，该光学成像镜头沿光轴从物侧到成像面依次包含：第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜，光阑，第五透镜，第六透镜，第七透镜，第八透镜和滤光片。

其中，第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，其像侧面为凹面；第三透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面；第四透镜具有正光焦度，其物侧面与像侧面均为凸面；光阑设置于第四透镜和第五透镜之间；第五透镜具有正光焦度，其物侧面与像侧面均为凸面；第六透镜具有负光焦度，其物侧面与像侧面均为凹面，且第五透镜与第六透镜组成胶合透镜组；第七透镜具有正光焦度，其物侧面与像侧面均为凸面；第八透镜具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.02<TTL/IH/FOV<0.04；（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的半像高，FOV表示所述光学成像镜头的最大视场角。满足上述条件式（1），可以实现光学成像镜头像面扩大的同时压缩镜头的总长，提升镜头解像力的同时实现镜头的小型化，以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：

0.5<f/IH<0.6；（2）

其中，f表示所述光学成像镜头的有效焦距，IH表示所述光学成像镜头的半像高。满足上述条件式（2），表明光学成像镜头具有较大的成像面，能满足大靶面芯片的成像需求。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

f/ENPD<2.11；（3）

其中，f表示所述光学成像镜头的有效焦距，ENPD表示所述光学成像镜头的入瞳直径。满足上述条件式（3），通过将光阑放置在第四透镜和第五透镜之间，可以使光学成像镜头具有更大的光圈，在明暗环境中具有良好的成像品质。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

15.1°<(CRA)_max<18.9°；（4）

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。满足上述条件式（4），可以使光学成像镜头的CRA与芯片感光元件的CRA更匹配，提高芯片的感光效率。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

3.2<|R8|/R7<4.5；（5）

其中，R7表示所述第四透镜物侧面的曲率半径，R8表示所述第四透镜像侧面的曲率半径。满足上述条件式（5），可以改变第四透镜的物侧面和第四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：

1.65<BFL/f<1.75；（6）

其中，BFL表示所述光学成像镜头的光学后焦，f表示所述光学成像镜头的有效焦距。满足上述条件式（6），在实现光学成像镜头小型化的基础上使光学后焦较长，有利于减小CRA及光学成像镜头模组的组装难度，并可以有效地降低镜片对MTF的敏感度，提高生产良率，降低生产成本。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.05<(T₇₈*BFL)/(T₇₈+BFL)<0.07；（7）

其中，T₇₈表示所述第七透镜与所述第八透镜在光轴上的空气间隔，BFL表示所述光学成像镜头的光学后焦。满足上述条件式（7），通过减小第七透镜与第八透镜在光轴上的空气间隔，可以将第七透镜和第八透镜组合等效成一片双凸厚透镜，有利于减小场曲，提升解像质量，实现镜头的小型化，同时可以增加镜头的组装良率。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

2.8<f₄/f<3.0；（8）

6.1<TTL/CT4<6.7；（9）

其中，f₄表示所述第四透镜的有效焦距，f表示所述光学成像镜头的有效焦距，CT4表示所述第四透镜的中心厚度，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足上述条件式（8）至（9），通过合理控制第四透镜的中心厚度和光焦度，有利于减小光学成像镜头的像差，优化镜头的场曲。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

4.5<f₅₆/f<5.0；（10）

其中，f₅₆表示所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距，f表示所述光学成像镜头的有效焦距。满足上述条件式（10），可以使第五透镜和第六透镜组合成的胶合透镜组具有适当的正光焦度，有利于平衡光学成像镜头的色差，提升光学成像镜头的解像质量。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

6.2<TTL/CT5<7.0；（11）

16<TTL/CT6<22；（12）

其中，CT5表示所述第五透镜的中心厚度，CT6表示所述第六透镜的中心厚度，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足上述条件式（11）至（12），通过增大第五透镜的中心厚度和第六透镜的中心厚度，有利于优化场曲。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.9<Vd5/Vd6<1.0；（13）

2.3<Nd5/Nd6<2.5；（14）

其中，Vd5表示第五透镜的阿贝数，Vd6表示第六透镜的阿贝数，Nd5表示第五透镜的折射率，Nd6表示第六透镜的折射率。满足上述条件式（13）至（14），通过增大第五透镜和第六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：

1.4<f₁/f₂<1.7；（15）

其中，f₁表示所述第一透镜的有效焦距，f₂表示所述第二透镜的有效焦距。满足上述条件式（15），可以使第一透镜和第二透镜具有适当的负光焦度，有助于光线平缓过渡，扩大光学成像镜头的视场角，降低后端透镜矫正畸变和色差的难度，提升光学成像镜头的像质。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-3.7<f₃/f<-3.2；（16）

0.03<CT3/TTL<0.05；（17）

-0.8<(R5+R6)/(R5-R6)<-0.6；（18）

其中，f₃表示所述第三透镜的有效焦距，f表示所述光学成像镜头的有效焦距，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，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。满足上述条件式（16）至（18），通过合理调整第三透镜的面型和光焦度，有利于矫正光学成像镜头的像差，提升光学成像镜头的像质。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

2.9<f₇/f<3.4；（19）

2.4<R12/ f<2.6；（20）

-5.2<R13/ f<-3.4；（21）

其中，f₇表示所述第七透镜的有效焦距，f表示所述光学成像镜头的有效焦距，R12表示所述第七透镜物侧面的曲率半径，R13表示所述第七透镜像侧面的曲率半径。满足上述条件式（19）至（21），通过合理控制第七透镜的面型和光焦度，有利于平衡光学成像镜头的球差、慧差、像散和场曲，提升光学成像镜头的像质。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

Z₃(h₃)=0，h₃∈[-S3, S3] 的实数解个数大于或等于3个；（22）

其中，Z₃(h₃)表示所述第二透镜的物侧面的非球面面形方程，h₃表示所述第二透镜的物侧面的曲面到光轴的距离，S3表示所述第二透镜的物侧面的有效半口径。满足上述条件式（22），通过增加非球面面形方程的零点解个数可以增加面形的反曲，面形反曲有利于矫正像平面弯曲的现象，达到全视场成像质量均匀的目的。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-26°<|ϕ12|-arctan[S12/(R12²-S12²)^1/2] <26°；（23）

-22°<|ϕ13|-arctan[S13/(R13²-S13²)^1/2] <22°；（24）

其中，ϕ12表示所述第七透镜的物侧面在有效半口径处的面心角，ϕ13表示所述第七透镜的像侧面在有效半口径处的面心角，S12表示所述第七透镜的物侧面的有效半口径，S13表示所述第七透镜的像侧面的有效半口径，R12表示所述第七透镜的物侧面的曲率半径，R13表示所述第七透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式（23）至（24），使得第七透镜中心到边缘的光焦度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。

-0.5<f₁/(R1+R2)<-0.4；（25）

其中，f₁表示所述第一透镜的有效焦距，R1表示所述第一透镜物侧面的曲率半径，R2表示所述第一透镜像侧面的曲率半径。满足上述条件式（25），通过合理约束第一透镜物侧面和像侧面的面型，有利于降低光线在第一透镜像侧面处的弯曲程度，减小光学成像镜头的像散量，保证光学成像镜头具有较大的视场角的同时具有小畸变，进而提升成像质量。

在一些实施方式中，第一透镜和第四透镜为玻璃球面镜片，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜均为塑胶非球面镜片。采用多片塑胶非球面透镜，能够很大程度上降低生产成本，同时能够保证优良的成像质量。

本发明实施例中所述光学成像镜头的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、F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶曲面系数。

下面分多个实施例对本申请进行进一步的说明。在以下每个实施例中，光学成像镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径有所不同，具体不同可参见各实施例中的参数表。下述实施例仅为本申请的较佳实施方式，但本申请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申请创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本申请的保护范围之内。

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S18依次包含：第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3，第四透镜L4，光阑ST，第五透镜L5，第六透镜L6，第七透镜L7，第八透镜L8以及滤光片L9。

具体的，第一透镜L1具有负光焦度，其物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面；第二透镜L2具有负光焦度，其物侧面S3在近光轴处为凹面，像侧面S4为凹面；第三透镜L3具有负光焦度，其物侧面S5为凹面，像侧面S6为凸面；第四透镜L4具有正光焦度，其物侧面S7与像侧面S8均为凸面；光阑ST设置于第四透镜L4和第五透镜L5之间；第五透镜L5具有正光焦度，其物侧面S9与像侧面均为凸面；第六透镜L6具有负光焦度，其物侧面与像侧面S11均为凹面，且第五透镜L5与第六透镜L6组成胶合透镜组，其胶合面为S10；第七透镜L7具有正光焦度，其物侧面S12与像侧面S13均为凸面；第八透镜L8具有正光焦度，其物侧面S14为凹面，像侧面S15为凸面；滤光片L9的物侧面为S16，像侧面为S17；其中，第一透镜L1和第四透镜L4为玻璃球面镜片，第二透镜L2、第三透镜L3、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8均为塑胶非球面镜片。

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的相对照度曲线图、F-Theta畸变曲线图和MTF曲线图。

图2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2中横轴表示视场角（单位：度），纵轴表示相对照度值（归一化值，最大刻度值为1.0）。从图2中可以看出，在90%视场内的相对照度值均大于0.6，说明光学成像镜头的通光性能良好。

图3的F-Theta畸变曲线表示成像面上不同视场角度的F-Theta畸变值。其中，图3中横轴表示F-Theta畸变值（单位：%），纵轴表示半视场角（单位：度）。从图3中可以看出，全视场角度内的F-Theta畸变值控制在±5%以内，说明光学成像镜头的像高与视场角的关系趋近于线性变化，图像画面比例更加真实。

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0.6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相对照度曲线图、F-Theta畸变图和MTF曲线图。从图6中可以看出，在90%视场内的相对照度值均大于0.6，说明光学成像镜头的通光性能良好。从图7中可以看出，全视场角度内的F-Theta畸变值控制在±5%以内，说明光学成像镜头的像高与视场角的关系趋近于线性变化，图像画面比例更加真实。从图8中可以看出，在最大空间频率下的近轴MTF值依然有0.6以上，说明光学成像镜头的近轴像差得到良好的校正。

表5和表6是上述两个实施例中对应的光学特性，包括***的有效焦距f、光学总长TTL、视场角FOV、光圈数F#、半像高IH、各个透镜的焦距，以及和前面所述每个条件式对应的数值。

表5

表6

综上所述，本发明提供的光学成像镜头，采用两片玻璃镜片和六片塑胶非球面镜片，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、大广角以及方便组装等有益效果，而且使用多片塑胶透镜，能够很大程度上降低生产成本，同时保证优良的成像质量。

第三实施例

本实施例提供一种成像设备,包括上述任一实施例中的光学成像镜头(例如光学成像镜头100)及成像元件，所述成像元件设于所述成像面S18的外侧，所述成像元件将所述光学成像镜头100形成的光学图像转换为电信号。

进一步地，所述成像元件可以是CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补性金属氧化物半导体)图像传感器，还可以是CCD(Charge CoupledDevice，电荷耦合器件)图像传感器。

本实施例提供的成像设备包括光学成像镜头，由于光学成像镜头采用玻璃球面与塑胶非球面相结合的方式，更好地校正了成像***的各种像差，因此本实施例提供的成像设备具备大广角、小型化、高解像力的特点等特性。

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。本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离该原理下，本发明的实施方式可以有任何形式的变化和修改，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，共八片透镜，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次包含：

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，所述第二透镜的像侧面为凹面；

具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面；

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；

光阑；

具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面和像侧面均为凹面，且所述第五透镜与所述第六透镜组成胶合透镜组；

具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有正光焦度的第八透镜，所述第八透镜的物侧面为凹面，所述第八透镜的像侧面为凸面。

2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第一透镜和第四透镜为玻璃球面镜片，所述第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜均为塑胶非球面镜片。

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以下条件式：

0.02<TTL/IH/FOV<0.04；

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的半像高，FOV表示所述光学成像镜头的最大视场角。

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以下条件式：

0.5<f/IH<0.6；

其中，f表示所述光学成像镜头的有效焦距，IH表示所述光学成像镜头的半像高。

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以下条件式：

3.2<|R8|/R7<4.5；

其中，R7表示所述第四透镜物侧面的曲率半径，R8表示所述第四透镜像侧面的曲率半径。

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以下条件式：

1.65<BFL/f<1.75；

其中，BFL表示所述光学成像镜头的光学后焦，f表示所述光学成像镜头的有效焦距。

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以下条件式：

4.5<f₅₆/f<5.0；

其中，f₅₆表示所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距，f表示所述光学成像镜头的有效焦距。

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以下条件式：

1.4<f₁/f₂<1.7；

其中，f₁表示所述第一透镜的有效焦距，f₂表示所述第二透镜的有效焦距。

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以下条件式：

-3.7<f₃/f<-3.2；

0.03<CT3/TTL<0.05；

-0.8<(R5+R6)/(R5-R6)<-0.6；

其中，f₃表示所述第三透镜的有效焦距，f表示所述光学成像镜头的有效焦距，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长，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。

10.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以下条件式：

2.9<f₇/f<3.4；

2.4<R12/f<2.6；

-5.2<R13/f<-3.4；

其中，f₇表示所述第七透镜的有效焦距，f表示所述光学成像镜头的有效焦距，R12表示所述第七透镜物侧面的曲率半径，R13表示所述第七透镜像侧面的曲率半径。

11.一种成像设备，其特征在于：包括成像元件及如权利要求1-10任一项所述的光学成像镜头，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。