CN116027519B - 光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学镜头，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，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜；光阑；具有正光焦度的第四透镜；具有负光焦度的第五透镜，其像侧面为凹面；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头的有效焦距f满足：6.60<TTL/f<7.30。本发明提供的光学镜头具有小头部、总长短、大光圈、超大视场角及高像素等优点。

Description

光学镜头

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镜头。

背景技术

随着图像和计算机视觉技术的快速发展，民用领域无人机技术发展迅速，因其成本低、机动性能强、使用方便且无人员伤亡风险的优点，使其在航空拍照、地质测量、森林防火巡查、缉毒等民用领域应用广泛，市场前景广阔。

出于飞行安全方面的考虑，无人机需要增大视野，感知360°全方位的环境，这就需要搭载在无人机上的光学镜头具有超大视场角的特性，使其在同等条件下，能够获取更多的信息量。然而，现有超大视角镜头普遍存在以下问题：总长较长，镜头头部尺寸较大，难以实现镜头的小型化；镜头通光量较少且像素不高，分辨率不足，昏暗环境中难以高清成像。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头，至少具有总长短、视场角大及高像素的优点。

本发明公开了一种光学镜头，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，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜；光阑；具有正光焦度的第四透镜；具有负光焦度的第五透镜，其像侧面为凹面；具有正光焦度的第六透镜，其像侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头的有效焦距f满足：6.60<TTL/f<7.30。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供的光学镜头，采用七片具有特定光焦度的透镜，通过合理的光焦度分配和光阑位置的设置，使得该光学镜头具有大光圈和高像素的特性，且在昏暗环境中也能匹配较高像素的成像芯片，实现高清成像；同时，通过各镜片的合理搭配，使得该光学镜头具有更短的总长和更小的头部尺寸；再有，通过各镜片表面形状的合理组合，使得该光学镜头拥有210°以上的超大视场角，解决了无人机使用时视野范围受限的难题。

附图说明

图1为本发明第一实施例的光学镜头的结构示意图。

图2为本发明第一实施例的光学镜头的f-θ畸变曲线图。

图3为本发明第一实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图4为本发明第一实施例的光学镜头的轴向像差曲线图。

图5为本发明第一实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

图6为本发明第二实施例的光学镜头的结构示意图。

图7为本发明第二实施例的光学镜头的f-θ畸变曲线图。

图8为本发明第二实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图9为本发明第二实施例的光学镜头的轴向像差曲线图。

图10为本发明第二实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

图11为本发明第三实施例的光学镜头的结构示意图。

图12为本发明第三实施例的光学镜头的f-θ畸变曲线图。

图13为本发明第三实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图14为本发明第三实施例的光学镜头的轴向像差曲线图。

图15为本发明第三实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

图16为本发明第四实施例的光学镜头的结构示意图。

图17为本发明第四实施例的光学镜头的f-θ畸变曲线图。

图18为本发明第四实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图19为本发明第四实施例的光学镜头的轴向像差曲线图。

图20为本发明第四实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

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。

本发明提供一种光学镜头，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、第七透镜和滤光片。

其中，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凸面，第二透镜的像侧面为凹面；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；第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凸面；第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第五透镜的像侧面为凹面；第六透镜具有正光焦度，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凸面；第七透镜具有负光焦度，第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面。

本发明提供的光学镜头，采用了具有特定光焦度组合和面型组合的七片透镜结构，不仅可以减小光学镜头的头部尺寸，缩短光学镜头的光学总长，还可使该光学镜头具有大光圈、超大视场角的特性；同时，第七透镜设置为M型，优化了***视场的像差，能更好地实现光学镜头高像素清晰成像。

在一些实施方式中，所述光学镜头的光学总长TTL可满足：TTL<10.80mm；所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头的有效焦距f可满足：6.60<TTL/f<7.30。满足上述条件式，有利于实现光学镜头大光圈和小型化的均衡，增强产品的市场竞争力。更进一步，所述光学镜头的光学总长TTL可满足：10.2mm<TTL<10.75mm；所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头的有效焦距f可满足：6.80<TTL/f<7.10。

在一些实施方式中，所述光学镜头的有效焦距f与所述光学镜头的光瞳半径ENPD可满足：1.40 <f/ENPD <1.80。满足上述条件式，有利于使光学镜头具有大光圈的优势，使镜头可以拥有更多的通光量，在昏暗环境中也能高清成像。如果f/ENPD的值超过上限，则光学镜头的光圈会变小，在昏暗环境下成像品质无法达到摄像要求。同时，所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头最大半视场角对应的像高IH可满足：3.50<TTL/IH<3.90。满足上述条件式，能够使光学镜头拥有高像素的同时，还具有大光圈及结构紧凑的优点，较好地实现了光学镜头高像素、小型化及大光圈的均衡。更进一步，所述光学镜头的有效焦距f与所述光学镜头的光瞳半径ENPD可满足：1.58 <f/ENPD <1.67；所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头最大半视场角对应的像高IH可满足：3.60<TTL/IH<3.85。

在一些实施方式中，所述第一透镜物侧面的矢高SAG11与所述第一透镜的有效直径DM1可满足：0.05<SAG11/DM1<0.15。满足上述条件式，可通过控制第一透镜的形状，使光学镜头能够接收较大范围的光线，有利于光学镜头视场角的提升，使镜头能超大视角成像，增强了摄影画面的空间纵深感，使得成像效果更加显著。同时，所述第一透镜的有效直径DM1与所述第七透镜的有效直径DM7可满足：1.90<DM1/DM7<2.15。满足上述条件式，能够使该光学镜头拥有超大成像视角的同时，还具有小头部的优势，有利于减轻产品的重量。

在一些实施方式中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的组合光焦度φa与所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的组合光焦度φb可满足：

。光阑之前的透镜组成前透镜群，光阑之后的透镜组成后透镜群，前透镜群可以有效的将宽视场角物面光汇聚进入镜头内，后透镜群用于有效配合前透镜群，合理的去除像差。满足上述条件式，可以更好地矫正光学镜头的像差，实现光学镜头的高像素与超广视角的合理均衡。

在一些实施方式中，所述第二透镜物侧面的曲率半径R21与所述第二透镜像侧面的曲率半径R22可满足：1.60<R21/R22<2.20；所述第三透镜物侧面的曲率半径R31与所述第三透镜像侧面的曲率半径R32可满足：0.60<R31/R32<0.75。同时满足上述条件式，可通过合理控制第二透镜和第三透镜在近光轴上的形状，使其组合的光学***具有适当的负光焦度，使光线更平缓的通过光阑，加大光阑的口径，有利于光学镜头具有大光圈的优点。

在一些实施方式中，所述第三透镜的有效焦距f3与所述光学镜头的有效焦距f可满足：5.0<f3/f<12.5。满足上述条件式，可合理调整第三透镜光焦度的分配，使其承担相应的正光焦度，有利于加速光线的偏折效率，使光学镜头结构小型化、紧凑化。

在一些实施方式中，所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的空气间距AT34与所述光学镜头的光学总长TTL可满足：0.03<AT34/TTL<0.08。满足上述条件式，通过调整第三透镜与第四透镜在近光轴上的空气间距，有利于减缓光线的偏折，降低整个光学***的敏感度，可有效地提高镜头生产的良率，降低镜头成本。

在一些实施方式中，所述第六透镜物侧面的矢高SAG61与所述第六透镜的中心厚度CT6可满足：-0.15<SAG61/CT6 <0。满足上述条件式，通过合理设置第六透镜的表面形状和中心厚度，能够更好的矫正光学镜头的色差，有利于提高镜头的成像品质。

在一些实施方式中，所述第六透镜物侧面的曲率半径R61与所述第六透镜像侧面的曲率半径R62可满足：14.5<R61/R62<47.5；所述第六透镜物侧面的曲率半径R61与所述第六透镜的有效焦距f6可满足：-25.5<R61/f6<-7.50。同时满足上述条件式，通过合理设置第六透镜的表面形状和焦距，使其在光学镜头中承担一定的正光焦度，有利于加快光线的聚焦效率，达到缩短镜头总长的目的。

在一些实施方式中，所述第七透镜的像侧面上的反曲点与光轴的垂直距离Y_R72与所述第七透镜的有效直径DM7可满足：0.70< 2Y_R72/DM7 <0.90；所述第七透镜物侧面的曲率半径R71与所述第七透镜的有效焦距f7可满足：-0.88<R71/f7<-0.50。同时满足上述条件式，可使第七透镜具有合适的负光焦度的同时，镜片形状呈M型，有利于增大光学镜头的成像面积，同时矫正整个光学镜头***视场的像差，有利于提升光学镜头整体的成像品质。

在一些实施方式中，所述光阑至所述成像面在光轴上的距离SL与所述光学镜头的光学总长TTL可满足：0.4<SL/TTL<0.5。满足上述条件式，通过限制光阑在光轴上的位置，能够有效地控制光学镜头的长度，有助于实现光学镜头的小型化。

作为一种实施方式，本发明提供的光学镜头可以采用全塑胶镜片，也可以采用玻塑混合搭配，两者均能取得良好的成像效果。在本发明实施例中，光学镜头均采用玻塑混合搭配，通过合理分配各个透镜的光焦度及优化非球面形状，使得该光学镜头至少具有良好的成像质量、视场角大的优点。具体地，第一透镜和第三透镜采用玻璃球面镜片，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜采用塑胶非球面镜片，通过采用玻塑混合搭配，能够使光学镜头在高低温环境中均具有良好的热稳定性，且可以缩短镜头的总长；同时，通过采用非球面镜片，可以有效修正镜头像差，提升成像质量，提供更高性价比的光学性能产品。

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。

在本发明各个实施例中，当光学镜头中的透镜为非球面透镜时，透镜的非球面面型均满足如下方程式：

；

其中，z表示在高度为h的位置时非球面距离非球面顶点在光轴方向的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为二次曲面系数，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

第一实施例

本发明第一实施例提供的光学镜头100的结构示意图请参阅图1，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面S17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、第七透镜L7和滤光片G1。

具体的，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为凸面，第二透镜的像侧面S4为凹面；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；第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7为凸面，第四透镜的像侧面S8为凸面；第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面S9在近光轴处为凸面，第五透镜的像侧面S10为凹面；第六透镜L6具有正光焦度，第六透镜的物侧面S11为凹面，第六透镜的像侧面S12为凸面；第七透镜L7具有负光焦度，第七透镜的物侧面S13在近光轴处为凸面，第七透镜的像侧面S14在近光轴处为凹面；滤光片G1的物侧面为S15、像侧面为S16。其中，第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7均为塑胶非球面镜片，第一透镜L1和第三透镜L3为玻璃球面镜片。

本实施例提供的光学镜头100中各个透镜的相关参数如表1所示。

表1

本实施例中，光学镜头100中各个透镜的非球面面型系数如表2所示。

表2

请参照图2、图3、图4以及图5，所示分别为光学镜头100的f-θ畸变曲线图、场曲曲线图、轴向像差曲线图和垂轴色差曲线图。从图2中可以看出，f-θ畸变值控制在±8.5%以内，说明光学镜头100的f-θ畸变矫正较好；从图3中可以看出，场曲控制在±0.1mm以内，说明光学镜头100的场曲矫正较好；从图4中可以看出，最短波长与最大波长轴向像差控制在±0.03mm以内，说明光学镜头100的轴向像差矫正较好；从图5中可以看出，垂轴色差的偏移量控制在±4μm以内，说明光学镜头100能够有效地校正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

第二实施例

本实施例提供的光学镜头200的结构示意图请参阅图6，本实施例中的光学镜头200的结构与第一实施例中的光学镜头100的结构基本相同，不同之处在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数及厚度有所差异。

具体的，本实施例提供的光学镜头200中各个透镜的相关参数如表3所示。

表3

本实施例中，光学镜头200中各个透镜的非球面面型系数如表4所示。

表4

请参照图7、图8、图9以及图10，所示分别为光学镜头200的f-θ畸变曲线图、场曲曲线图、轴向像差曲线图和垂轴色差曲线图。从图7中可以看出，f-θ畸变值控制在±4%以内，说明光学镜头200的f-θ畸变矫正较好；从图8中可以看出，场曲控制在±0.05mm以内，说明光学镜头200的场曲矫正较好；从图9中可以看出，最短波长与最大波长轴向像差控制在±0.03mm以内，说明光学镜头200的轴向像差矫正较好；从图10中可以看出，垂轴色差的偏移量控制在±4μm以内，说明光学镜头200能够有效地校正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

第三实施例

本实施例提供的光学镜头300的结构示意图请参阅图11，本实施例中的光学镜头300的结构与第一实施例中的光学镜头100的结构大致相同，不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。

具体的，本实施例提供的光学镜头300中各个透镜的相关参数如表5所示。

表5

本实施例中，光学镜头300中各个透镜的非球面面型系数如表6所示。

表6

请参照图12、图13、图14以及图15，所示分别为光学镜头300的f-θ畸变曲线图、场曲曲线图、轴向像差曲线图和垂轴色差曲线图。从图12中可以看出，f-θ畸变值控制在±4%以内，说明光学镜头300的f-θ畸变矫正较好；从图13中可以看出，场曲控制在±0.08mm以内，说明光学镜头300的场曲矫正较好；从图14中可以看出，最短波长与最大波长轴向像差控制在±0.03mm以内，说明光学镜头300的轴向像差矫正较好；从图15中可以看出，垂轴色差的偏移量控制在±4μm以内，说明光学镜头300能够有效地校正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

第四实施例

本实施例提供的光学镜头400的结构示意图请参阅图16，本实施例中的光学镜头400的结构与第一实施例中的光学镜头100的结构大致相同，不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数及厚度有所差异，其中第三透镜和第七透镜的中心厚度变化较大。

具体的，本实施例提供的光学镜头400中各个透镜的相关参数如表7所示。

表7

本实施例中，光学镜头400中各个透镜的非球面面型系数如表8所示。

表8

请参照图17、图18、图19以及图20，所示分别为光学镜头400的f-θ畸变曲线图、场曲曲线图、轴向像差曲线图和垂轴色差曲线图。从图17中可以看出，f-θ畸变值控制在±3.5%以内，说明光学镜头400的f-θ畸变矫正较好；从图18中可以看出，场曲控制在±0.1mm以内，说明光学镜头400的场曲矫正较好；从图19中可以看出，最短波长与最大波长轴向像差控制在±0.02mm以内，说明光学镜头400的轴向像差矫正较好；从图20中可以看出，垂轴色差的偏移量控制在±4μm以内，说明光学镜头400能够有效地校正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

表9是上述四个实施例对应的光学特性，主要包括各个实施例中光学镜头的有效焦距f，光学总长TTL，最大半视场角θ，最大半视场角对应的半像高IH以及与上述每个条件式对应的数值。

表9

综上所述，本发明实施例提供的光学镜头至少具有以下优点：

（1）本发明提供的光学镜头采用了两片具有特定光焦度的玻璃球面镜片和五片具有特定光焦度的塑胶非球面镜片的玻塑混合结构，使得该光学镜头在-40℃~95℃的环境中也能正常高清成像。

（2）本发明提供的光学镜头不仅具有10.75mm以下的总长，而且能匹配6M的成像芯片，实现高清成像。

（3）本发明提供的光学镜头具有更大范围的通光量，且具有较大的光圈值，有利于微光或昏暗环境的拍摄；同时，景深范围设置也更大，使得成像画面有着更强的纵深感和空间感。

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，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种光学镜头，共七片透镜，其特征在于，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凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；

具有正光焦度的第三透镜；

光阑；

具有正光焦度的第四透镜；

具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面为凹面；

具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

其中，所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头的有效焦距f满足：6.60<TTL/f<7.30；所述光学镜头的有效焦距f与所述光学镜头的光瞳半径ENPD满足：1.40<f/ENPD<1.80；所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头最大半视场角对应的像高IH满足：3.50<TTL/IH<3.90。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

0.05<SAG11/DM1<0.15；

1.90<DM1/DM7<2.15；

其中，SAG11表示所述第一透镜物侧面的矢高，DM1表示所述第一透镜的有效直径，DM7表示所述第七透镜的有效直径。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

-0.85<φa/φb<-0.75；

其中，φa表示所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的组合光焦度，φb表示所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的组合光焦度。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

1.60<R21/R22<2.20；

0.60<R31/R32<0.75；

其中，R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径，R31表示所述第三透镜物侧面的曲率半径，R32表示所述第三透镜像侧面的曲率半径。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

5.0<f3/f<12.5；

其中，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

-0.15<SAG61/CT6<0；

其中，SAG61表示所述第六透镜物侧面的矢高，CT6表示所述第六透镜的中心厚度。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

14.5<R61/R62<47.5；

-25.5<R61/f6<-7.50；

其中，R61表示所述第六透镜物侧面的曲率半径，R62表示所述第六透镜像侧面的曲率半径，f6表示所述第六透镜的有效焦距。

8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

0.70<2Y_R72/DM7<0.90；

其中，Y_R72表示所述第七透镜的像侧面上的反曲点与光轴的垂直距离，DM7表示所述第七透镜的有效直径，R71表示所述第七透镜的物侧面的曲率半径，f7表示所述第七透镜的有效焦距。

9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

0.4<SL/TTL<0.5；

其中，SL表示所述光阑至所述成像面在光轴上的距离，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

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