CN116299988B - 光学镜头 - Google Patents

Abstract

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：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；具有正光焦度的第三透镜，其像侧面为凸面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凸面；其中，所述第一透镜的材料折射率Nd1与所述第一透镜的有效焦距f1满足：‑1.0＜Nd1/f1＜‑0.3。该光学镜头具有小体积、大视场角以及高解像力的优点。

Description

光学镜头

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，更详细地，涉及一种光学镜头。

背景技术

随着无人机、安防、汽车、气象、医疗、VR、AR等领域的快速发展，对其搭载的镜头视场角也提出了越来越高的要求。然而，传统镜头要么视场角较小，要么体积较大、要么畸变较大、难以同时实现大视场角、小型化与小畸变的均衡。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头，至少具有大视场角、小型化、小畸变的优点。

本发明提供的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，其像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，其像侧面为凸面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凸面；其中，所述第一透镜的材料折射率Nd1与所述第一透镜的有效焦距f1满足：-1.0＜Nd1/f1＜-0.3。

相较于现有技术，本发明提供的光学镜头，采用六片具有特定光焦度的镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头具有大视场角、高像质、小畸变、小型化、大光圈的优点。

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垂轴色差曲线图。

图5为本发明第一实施例的光学镜头的横向色差曲线图。

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垂轴色差曲线图。

图10为本发明第二实施例的光学镜头的横向色差曲线图。

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垂轴色差曲线图。

图15为本发明第三实施例的光学镜头的横向色差曲线图。

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垂轴色差曲线图。

图20为本发明第四实施例的光学镜头的横向色差曲线图。

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。

本发明提出一种光学镜头，共六片透镜，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。

其中，第一透镜具有负光焦度的，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面或凸面、像侧面为凹面；第三透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；第四透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；第五透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面、像侧面为凹面；第六透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；其中，第一透镜为球面玻璃镜片，第二透镜至第六透镜为非球面镜片。

在一些实施例中，所述第一透镜的材料折射率Nd1满足：1.7＜Nd1＜2.0；所述第一透镜的材料折射率Nd1与所述第一透镜的有效焦距f1满足：-1.0＜Nd1/f1＜-0.3。满足上述范围，通过合理选取玻璃镜片的材料，控制玻璃镜片焦距在一定范围内，在满足镜头光学性能的同时，可使玻璃镜片厚薄均匀，提升镜片良率，降低镀膜不均匀的风险，有助于更好地满足后续生产工艺。

在一些实施例中，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：0.1＜f/TTL＜0.15。满足上述范围，在维持光学镜头小型化的同时，有利于控制光学镜头的焦距在较短范围，有利于使光学镜头拥有较大景深。

在一些实施例中，所述光学镜头的半像高IH与所述光学镜头的光学总长TTL满足：0.15＜IH/TTL＜0.25。满足上述范围，在维持光学镜头小型化的同时，实现光学镜头的总长与成像品质的平衡。

在一些实施例中，所述光学镜头的半像高IH与所述光学镜头的光圈数FNO满足：0.3＜IH/FNO＜0.8。满足上述范围，有利于扩大光学镜头的视场角并增大光学镜头的光圈，实现广角和大光圈的特性。广角特性的实现有利于光学镜头获取更多的场景信息，满足大范围探测的需求，大光圈特性的实现有利于改善广角带来的边缘视场相对亮度下降快的问题，从而也有利于获取更多的场景信息。

在一些实施例中，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满足：-5.0＜R32/R31＜-0.5；所述第四透镜物侧面的曲率半径R41与所述第四透镜像侧面的曲率半径R42满足：-1.5＜R42/R41＜-0.5。满足上述范围，通过合理控制第三透镜和第四透镜的形状，能够很好的矫正光学镜头的像差，提升镜头成像质量。

在一些实施例中，所述光学镜头的最大视场角FOV满足：160°＜FOV＜180°；所述光学镜头的最大视场角FOV与所述光学镜头的光学总长TTL满足：4.5＜FOV/(2Π×TTL)＜5.5；其中，Π等于3.1415926535。满足上述范围，在拥有较大视场角的同时，可使光学镜头的总长也相对较小。

在一些实施例中，所述第二透镜物侧面的曲率半径R21与所述光学镜头的有效焦距f满足：。满足上述范围，有助于减缓第二透镜的形状变化，降低***敏感度，同时可以提高透镜的成型性，提升制作良率。

在一些实施例中，所述第三透镜的中心厚度CT3、所述第四透镜的中心厚度CT4、所述第五透镜的中心厚度CT5之和与所述第三透镜的边缘厚度ET3、所述第四透镜的边缘厚度ET4、所述第五透镜的边缘厚度ET5之和满足：1.0＜(CT3+CT4+CT5) /(ET3+ET4+ET5)＜1.5。满足上述范围，通过合理搭配第三透镜、第四透镜、第五透镜的中心厚度以及边缘厚度，能够在有效控制光学镜头总长的同时，有利于镜片的制作成型，保证镜头的可量产性。

在一些实施例中，所述光学镜头的有效焦距f与所述第二透镜的有效焦距f2、所述第三透镜的有效焦距f3满足：-1.0＜（1/f2-1/f3）/（1/f）＜-0.6。满足上述范围，能够有效平衡第二透镜与第三透镜的形状，减小工艺成型的难度，同时提高光学镜头的解像力。

在一些实施例中，所述第二透镜的物侧面矢高SSAG21与所述第二透镜的中心厚度CT2满足：；所述第六透镜的像侧面矢高SSAG62与所述第六透镜的中心厚度CT6满足：/>。满足上述范围，能够合理控制第二透镜和第六透镜的形状，在满足镜片成型要求的同时，能够更好的减小镜头边缘像差以及轴上球差，提升光学镜头的成像质量。

在一些实施例中，所述第五透镜的有效焦距f5与所述光学镜头的有效焦距f满足：-1.5＜f5/f＜-0.5；所述第五透镜物侧面的曲率半径R51与所述第五透镜像侧面的曲率半径R52满足：-4.5＜(R51+R52)/(R51-R52)＜-2.0。满足上述范围，通过合理控制第五透镜的光焦度和表面形状，能够很好的修饰镜头的场曲以及畸变，保证镜头的场曲畸变控制在较小的水平。

在一些实施例中，所述第三透镜的中心厚度CT3、所述第四透镜的中心厚度CT4之和与所述第三透镜与所述第四透镜之间在光轴上的空气间距AT34满足：2.0＜(CT3+CT4)/AT34＜28.0。满足上述范围，通过合理控制第三透镜、第四透镜的中心厚度以及两者之间的间距，在满足镜片成型要求的同时，能够很好改善镜头的垂轴色差，提升光学镜头的成像质量。

在一些实施例中，所述光学镜头的半像高IH与所述光学镜头的有效焦距f、所述光学镜头的最大视场角FOV满足：0.03＜IH/[f×tan(FOV/2)]＜0.1。满足上述范围，可使光学镜头的畸变维持在很小的范围。

在一些实施例中，所述第四透镜的有效焦距f4、所述第五透镜的有效焦距f5、所述第六透镜的有效焦距f6之和与所述光学镜头的有效焦距f满足：。满足上述范围，有利于矫正第三透镜、第四透镜和第五透镜带来的各类像差，提升光学镜头的成像品质。

在一些实施例中，所述光学镜头的光学后焦BFL与所述光学镜头的有效焦距f满足：1.5＜BFL/f＜1.8。满足上述范围，可使光学镜头具有较大的光学后焦，有利于减少镜片与成像芯片间的干涉，从而降低CRA的矫正难度。

在一些实施方式中，为了更好地减小光学镜头的总长及增大光学镜头的视场角，采用一片玻璃和五片塑胶镜片组合，同时通过合理分配各个透镜的光焦度及表面形状，使得该光学镜头至少具有大视场角、高像质、大光圈、短景深、低敏感性、小型化的优点。

在一些实施方式中，第二透镜至第六透镜可以均采用塑胶非球面镜片，采用非球面镜片，可以有效修正像差，提升成像质量，提供更高性价比的光学性能产品。

在本发明各个实施例中，当透镜采用非球面透镜时，非球面镜头的表面形状均满足下列方程：；其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为圆锥系数conic，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

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。

第一实施例

请参阅图1，所示为本发明第一实施例中提供的光学镜头100的结构示意图，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面S15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。

其中，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为凸面；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为凹面，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为凸面，第六透镜的像侧面S12为凸面；滤光片G1的物侧面为S13、像侧面为S14；其中，第一透镜L1为玻璃球面镜片，第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5以及第六透镜L6均为塑胶非球面镜片。

具体地，本实施例提供的光学镜头100的各透镜的设计参数如表1所示。

表1

本实施例中的光学镜头100非球面的面型系数如表2所示。

表2

图2示出了光学镜头100的畸变曲线图，其表示成像面上不同视场处的畸变，横轴表示光学畸变百分比，纵轴表示半视场角(单位：°)，从图中可以看出光学畸变控制在±2%以内，说明光学镜头的光学畸变得到良好的矫正。

图3示出了光学镜头100的场曲曲线图，其表示不同波长的光线在子午像面和弧矢像面的弯曲程度，横轴表示偏移量(单位：mm)，纵轴表示半视场角(单位：°)。从图中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.05mm以内，说明光学镜头能够极好地矫正场曲。

图4示出了光学镜头100的垂轴色差曲线图，其表示各波长相对于中心波长(0.55μm)在成像面上不同像高处的色差，横轴表示各波长相对中心波长的垂轴色差值(单位：μm)，纵轴表示归一化视场角。从图中可以看出，最长波长和最短波长的垂轴色差控制在±1.5μm以内，说明该光学镜头能够极好地矫正边缘视场的色差以及整个像面的二级光谱。

图5示出了光学镜头100的横向色差曲线图，其表示各波长在成像面处光轴上的像差，横轴表示横向色差值(单位：mm)，纵轴表示归一化光瞳半径。从图中可以看出，横向色差的偏移量控制在±0.025mm以内，说明光学镜头能够较好地矫正横向色差。

第二实施例

请参阅图6，所示为本发明第二实施例中提供的光学镜头200的结构示意图，本实施例提供的光学镜头200与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于，第一透镜材料不同以及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200的设计参数如表3所示。

表3

本实施例中的光学镜头200的非球面的面型系数如表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的畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图和横向色差曲线图。从图7中可以看出光学畸变控制在±2%以内，说明光学镜头200的畸变得到良好的矫正；从图8中可以看出场曲控制在±0.04mm以内，说明光学镜头200的场曲矫正较好；从图9中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在±2.0μm以内，说明光学镜头200的垂轴色差得到良好的矫正；从图10中可以看出不同波长处的横向色差控制在±0.025mm以内，说明光学镜头200的横向色差得到良好的矫正。

第三实施例

请参阅图11，所示为本发明第三实施例中提供的光学镜头300的结构示意图，本实施例提供的光学镜头300与上述第一实施例大致相同，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的设计参数如表5所示。

表5

本实施例中的光学镜头300的非球面的面型系数如表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的畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图和横向色差曲线图。从图12中可以看出光学畸变控制在±2%以内，说明光学镜头300的畸变得到良好的矫正；从图13中可以看出场曲控制在±0.04mm以内，说明光学镜头300的场曲矫正较好；从图14中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在±2.0μm以内，说明光学镜头300的垂轴色差得到良好的矫正；从图15中可以看出不同波长处的横向色差控制在±0.025mm以内，说明光学镜头300的横向色差得到良好的矫正。

第四实施例

请参阅图16，所示为本发明第四实施例中提供的光学镜头400的结构示意图，本实施例提供的光学镜头400与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于，第一透镜以及第三透镜材料不同，第二透镜物侧面为凹面以及各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度、材质有所差异。

具体的，本实施例提供的光学镜头400的设计参数如表7所示。

表7

本实施例中的光学镜头400的非球面的面型系数如表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的畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图和横向色差曲线图。从图17中可以看出光学畸变控制在±2.5%以内，说明光学镜头400的畸变得到良好的矫正；从图18中可以看出场曲控制在±0.04mm以内，说明光学镜头400的场曲矫正较好；从图19中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在±1.5μm以内，说明光学镜头400的垂轴色差得到良好的矫正；从图20中可以看出不同波长处的横向色差控制在±0.025mm以内，说明光学镜头400的横向色差得到良好的矫正。

请参阅表9，所示为上述四个实施例中提供的光学镜头分别对应的光学特性，包括光学镜头的最大视场角FOV、光学总长TTL、半像高IH、有效焦距f，以及与前述的每个条件式对应的相关数值。

表9

从以上各个实施例的畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图以及横向色差曲线图可以看出，各实施例中的光学镜头的畸变值均在±3%以内、场曲值在±0.05mm以内、垂轴色差在±2μm以内、横向色差在±0.03以内，表明本发明提供的光学镜头具有高成像质量、大视场角、大光圈、小型化等优点，同时具有良好的解像力。

综上所述，本发明提供的光学镜头，采用一片玻璃球面镜头和五片塑胶非球面镜片组合，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头具有大视场角、高像质、低敏感性、小型化、大光圈的优点。

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，共六片透镜，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，所述第二透镜的像侧面为凹面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的像侧面为凸面；

光阑；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凸面，所述第四透镜的像侧面为凸面；

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凹面；

具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面为凸面；

其中，所述第一透镜的材料折射率Nd1与所述第一透镜的有效焦距f1满足：-1.0＜Nd1/f1≤-0.609；所述光学镜头的有效焦距f与所述第二透镜物侧面的曲率半径R21满足：0.01≤|f/R21|＜0.1。

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：

0.1＜f/TTL＜0.15；

其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长，f表示所述光学镜头的有效焦距。

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：

0.15＜IH/TTL＜0.25；

其中，IH表示所述光学镜头的半像高，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

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：

0.3＜IH/FNO＜0.8；

其中，IH表示所述光学镜头的半像高，FNO表示所述光学镜头的光圈数。

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：

160°＜FOV＜180°；

4.5＜FOV/(2Π×TTL)＜5.5；

其中，FOV表示所述光学镜头的最大视场角，TTL表示所述光学镜头的光学总长，Π等于3.1415926535。

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：

-1.0＜(1/f2-1/f3)/(1/f)＜-0.6；

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距。

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：

-1.5＜f5/f＜-0.5；

-4.5＜(R51+R52)/(R51-R52)＜-2.0；

其中，f5表示所述第五透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距，R51表示所述第五透镜物侧面的曲率半径，R52表示所述第五透镜像侧面的曲率半径。

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：

0.03＜IH/[f×tan(FOV/2)]＜0.1；

其中，IH表示所述光学镜头的半像高，f表示所述光学镜头的有效焦距，FOV表示所述光学镜头的最大视场角。

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：

4.0＜(f4+|f5|+f6)/f＜5.0；

其中，f4表示所述第四透镜的有效焦距，f5表示所述第五透镜的有效焦距，f6表示所述第六透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。