CN103605200B - 一种光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光学镜头，从物方至像方依次为具有负的光焦度的前透镜群组、光阑和具有正的光焦度的后透镜群组，所述的前透镜群组是由具有负光焦度的第一透镜与具有正光焦度的第二透镜组成；所述的后透镜群组由第三透镜、第四透镜、具有正光焦度的第五、第六透镜组成，第三透镜和第四透镜形成一组胶合透镜。实现畸变小、尺寸小、高通光性能且符合高清晰度要求的光学镜头。本发明在-40℃～+85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度，适用于室外监控和车载相机系统。

Description

一种光学镜头
技术领域
本发明涉及一种具有新功能的光学镜头，尤其适用于不同温度内保持高解像的监控或车载前视镜头。
背景技术
随着汽车工业主动安全的发展，对车载前视镜头要求不断提高，畸变小、小型化、百万像素、大孔径镜头已是此类镜头的必备条件。并且要求镜头在-40℃～+85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。
一般的镜头在温度升高或降低的状态下，镜头最佳像面会发生偏移，会出现成像模糊，此发明专利在设计上采用特殊的玻璃材料及光学结构，实现镜头始终处于较佳的成像面上，满足镜头在-40℃～+85℃的温度范围内保持百万像素的解像性能要求。
现有6G广角镜头的专利基本都没有考虑镜头的后焦补偿功能。如中国专利号CN101308244B、中国专利号CN201302618Y等，不能在-40℃～85℃工作温度范围保持好的解像。
发明内容
本发明提供了一种光学镜头，解决的技术问题在于，通过镜头光焦度及玻璃材料折射率随温度变化特性的合理分配，提供一种始终保持清晰像面的超宽工作温度的镜头。本发明的技术问题通过下述技术方案解决：
一种光学镜头，从物方至像方依次包括具有负光焦度的前透镜群组、光阑元件、具有正光焦度的后透镜群组，所述前透镜群组从物方依次包括第一透镜、第二透镜，所述第一透镜为具有负光焦度的弯月或双凹透镜，所述第二透镜具有正光焦度；所述后透镜群组从物方侧依次包括具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜，所述第三透镜和第四透镜组成一个胶合透镜，所述第五透镜为凹面朝向物方的正弯月透镜，第六透镜为凹面朝向像方的透镜。
所述第三透镜满足以下公式dn/dt(3)＜-5×10-6/℃，Vd(3)＞72，所述第四透镜满足以下公式dn/dt(4)＞0.5×10-6/℃，Vd(4)＜28，其中dn/dt是指透镜折射率随温度变化的变化量，Vd是指透镜的阿贝常数。
所述镜头满足以下条件公式
-1＞F前/F＞-6，3＞F后/F＞1.5
其中，F前是前透镜群组的焦距值，F后表示后透镜群组的组合焦距值，F表示所述整个光学镜头的焦距值。
所述第一透镜满足以下条件公式
Nd(1)＜1.65，Vd(1)＞55
其中Nd(1)是第一透镜的材料的折射率，Vd(1)是第一透镜的材料的阿贝常数。
所述第二透镜满足以下条件公式
Nd(2)＞1.78，Vd(2)＜40
其中Nd(2)是第二透镜的材料的折射率，Vd(2)是第二透镜的材料的阿贝常数。
所述第一透镜的最大通光口径和对应的成像像高、视场角满足下述条件公式
D/h/FOV≤0.022
其中FOV表示镜头的最大视场角，D表示最大视场角所对应的第一透镜元件朝向物方凸面的最大通光口径，h表示最大FOV所对应的成像像高。
所述第三透镜与第四透镜接合面满足下述条件公式
5＞|R|/(Φ/2)＞2
其中R为接合面的中心曲率半径，Φ为接合面的光线有效口径。
所述的光学镜头光圈数满足下述公式：FNO≤1.8。
所述的光学镜头视场角FOV满足下述公式：80°≥FOV≥40°。
所述第一透镜至第六透镜全部采用玻璃材料。
本发明保持了前端较小透镜外径，大孔径，有效矫正光学系统的各种像差，实现了镜头光学后焦随温度变化，并与结构件引起的后焦变化相互抵消，实现后焦补偿效应，使得镜头在工作温度-40℃～+85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。
附图说明
图1为本发明的实施例1的结构示意图；
图2为实施例1的象散曲线图；
图3为实施例1的畸变曲线图；
图4为实施例1在-40℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；
图5为实施例1在20℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；
图6为实施例1在85℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；
图7为本发明的实施例2的结构示意图；
图8为实施例2的象散曲线图；
图9为实施例2的畸变曲线图；
图10为实施例2在-40℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；
图11为实施例2在20℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线；
图12为实施例2在85℃时中心视场45lp/mm的离焦曲线。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明的实施例1进行详细描述。
如图1所示，该光学镜头从物方开始依次设有前透镜群组、光阑L9、后透镜群组、滤色片L7、成像面L8，所述的前透镜群组具有负的光焦度，后透镜群组具有正的光焦度。
所述前透镜群组是由具有负光焦度的第一透镜L1与具有正光焦度的第二透镜L2组成，第一透镜L1为双凹透镜，第二透镜L2为双凸透镜。
所述后透镜群组由四个透镜单元组成，从物方至像方依次为第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6，所述第三透镜L3是具有正光焦度的双凸透镜，所述第四透镜L4是具有负光焦度的双凹透镜，第三、四透镜组成一组胶合透镜，第五透镜L5为具有正光焦度的凹面朝向物方的弯月形透镜，第六透镜L6为凹面朝向像方的正光焦度的透镜，L7是滤色片。
从物方至像方，所述第一透镜L1两面为S1、S2，第二透镜L2两面为S3、S4，光阑L9为S5面，第三透镜L3两面为S6、S7，第四透镜L4两面为S7、S8，第五透镜L5两面为S9、S10，第六透镜L6两面为S11、S12，滤光片L7两面为S13、S14。
实施例1中，该光学镜头的整体焦距值为F，光圈值为FNO，视场角为FOV，镜头总长TTL，F＝5.43mm，FNO＝1.6，FOV＝66°，TTL＝19.6mm。
表1为实例1的系统的参数：
表1
面序号 曲率半径r 中心厚度d 折射率Nd 阿贝常数Vd 有效口径D
1 -18.771 0.6 1.517 64.2 7.14
2 4.971 2.562 6.06
3 12.3 3.0 1.806 33.3 6.02
4 -12.3 0.7 5.54
5 Infinity -0.6 4.83
6 5.1 3.13 1.497 81.6 4.84
7 -8.69 0.6 1.785 25.7 4.56
8 5.439 0.75 4.54
9 -16.327 1.4 1.804 46.6 4.64
10 -5.808 0.1 5.38
11 5.937 3.24 1.804 46.6 6.83
12 14.536 0.6 6.26
13 Infinity 0.55 1.517 64.2 6.23
14 Infinity 2.4 6.23
15 Infinity 0.4 1.517 64.2 6
16 Infinity 0.125 1.5168 64.16 6
IMA Infinity 6
表2为涉及到的基本参数数值：
表2
基本参数 dn/dt(3) dn/dt(4) F前 F后 F
实施案列 -6.5×10-6 0.5×10-6 -21.1 8.63 5.43
基本参数 D h FOV R Φ
实施案列 7.14 6 66° -8.69 4.56
表3为涉及到的条件公式的数值：
表3
条件公式 F前/F F后/F D/h/FOV |R|/(Φ/2)
实施案列 -3.88 1.589 0.018 3.811
系统的后焦补偿作用(以-40℃/0℃/20℃/60℃/85℃为例)见表4，
表4：
镜头引起的后焦变化量△1，能够根据镜头不同温度段的离焦曲线中得到，△1即为离焦曲线峰值位置的离焦量，图2为实施例1的象散曲线图，图3为实施例1的畸变曲线图，附图4、5、6分别给出了实施例1中的光学镜头分别在温度-40℃、20℃、85℃的离焦曲线,黑粗线箭头表示离焦曲线的峰值的位置。
底座引起后焦的变化量△2＝后焦×CTE×温度差。
假定镜头底座材料为铝，CTE＝24×10-6(CTE是指底座材料随温度变化时的线膨胀系数)，后焦＝4.075mm。
本实施例1的最终最佳像面的偏移量△1-△2在-40℃～85℃范围内偏移量在1μm以内，可保持较高的MTF值，得到完美的成像清晰度，而现有一般技术的镜头引起后焦变化量△1往往是与本发明实例的符号相反，从而导致后焦变化的更加恶化。
以下结合附图7对本发明的实施例2进行详细描述。如图7所示，该光学镜头从物方开始依次设有前透镜群组、光阑L9、后透镜群组、滤色片L7、成像面L8，所述的前透镜群组具有负的光焦度，后透镜群组具有正的光焦度。
所述前透镜群组是由具有负光焦度的第一透镜L1与具有正光焦度的第二透镜L2组成，第一透镜L1为弯月形透镜，第二透镜L2为双凸透镜。
所述后透镜群组由四个透镜组成，从物方至像方依次为第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6，所述第三透镜L3是具有正光焦度的双凸透镜，所述第四透镜L4是具有负光焦度的双凹透镜，第三、四透镜组成一组胶合透镜。第五透镜L5为具有正光焦度的凹面朝向物方的弯月形透镜，第六透镜L6为具有正光焦度的凹面朝向像方的透镜，L7是滤色片。
从物方至像方，所述第一透镜L1两面为S1、S2，第二透镜L2两面为S3、S4，光阑L9为S5面，第三透镜L3两面为S6、S7，第四透镜L4两面为S7、S8，第五透镜L5两面为S9、S10，第六透镜L6两面为S11、S12，滤光片L7两面为S13、S14，F＝4.83，FNO＝1.6，FOV＝60°，TTL＝22.8。
表5：
面序号 曲率半径r 中心厚度d 折射率Nd 阿贝常数Vd 有效口径D
1 89.31 0.8 1.517 64.2 6.8
2 4..064 4.04 6.01
3 42.117 4.7 1.834 37.1 6.00
4 -7.80 1.135 5.87
5 Infinity -0.6 4.63
6 4.264 2.40 1.497 81.6 4.62
7 -6.853 1.485 1.785 25.7 4.08
8 4.343 0.85 3.75
9 -17.596 1.33 1.804 46.6 4.06
10 -6.019 0.1 4.67
11 9.293 2.89 1.772 49.6 5.14
12 75.731 0.65 5.15
13 Infinity 0.55 1.517 64.2 5.19
14 Infinity 2.5 5.21
IMA Infinity 5.34
表6
表7
条件公式 F前/F F后/F D/h/FOV |R|/(Φ/2)
实施案列 -2.381 2.321 0.021 4.08
系统的后焦补偿作用(以-40℃/0℃/20℃/60℃/85℃为例)见表8。
表8
镜头引起后焦的变化量△1能够根据镜头不同温度段的离焦曲线中得到，△1即为离焦曲线峰值位置的离焦量，图8为实施例2的象散曲线图，图9为实施例2的畸变曲线图，附图10、11、12分别给出了实施例2中的光学镜头分别在温度-40℃、20℃、85℃的离焦曲线,黑粗线箭头表示离焦曲线的峰值的位置。
该实例中光学后焦随温度变化的离焦量大，而镜头本身的光学后焦(3.7mm)比较短，更适用于选择成本较低的塑料材料的底座
这里选择底座材料为PPS的塑料材料，CTE＝30×10-6(CTE是指底座材料随温度变化时的线膨胀系数)。从表7中综合镜头及底座变化后的最佳像面偏移量来看，镜头的后焦得到了较好的补偿。
综上所述，按照本发明提供的光学镜头专利，实现了镜头大孔径，百万像素的性能，并实现了有后焦补偿功能，使得光学镜头在工作温度-40℃～+85℃的温度范围内保持较完美的成像清晰度。

Claims (10)

1.一种光学镜头，其特征在于：从物方至像方依次包括具有负光焦度的前透镜群组、光阑元件、具有正光焦度的后透镜群组，所述前透镜群组从物方依次包括第一透镜、第二透镜，所述第一透镜为具有负光焦度的弯月或双凹透镜，所述第二透镜具有正光焦度；所述后透镜群组从物方侧依次包括具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜，所述第三透镜和第四透镜组成一个胶合透镜，所述第五透镜为凹面朝向物方的正弯月透镜，第六透镜为凹面朝向像方的透镜。
2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述第三透镜满足以下公式dn/dt(3)＜-5×10-6/℃，Vd(3)＞72，所述第四透镜满足以下公式dn/dt(4)＞0.5×10-6/℃，Vd(4)＜28，其中dn/dt是指透镜折射率随温度变化的变化量，Vd是指透镜的阿贝常数。
3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述镜头满足以下条件公式
-1＞F前/F＞-6，3＞F后/F＞1.5
其中，F前是前透镜群组的焦距值，F后表示后透镜群组的组合焦距值，F表示所述整个光学镜头的焦距值。
4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述第一透镜满足以下条件公式
Nd(1)＜1.65，Vd(1)＞55
其中Nd(1)是第一透镜的材料的折射率，Vd(1)是第一透镜的材料的阿贝常数。
5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述第二透镜满足以下条件公式
Nd(2)＞1.78，Vd(2)＜40
其中Nd(2)是第二透镜的材料的折射率，Vd(2)是第二透镜的材料的阿贝常数。
6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述第一透镜的最大通光口径和对应的成像像高、视场角满足下述条件公式
D/h/FOV≤0.022
其中FOV表示镜头的最大视场角，D表示最大视场角所对应的第一透镜元件朝向物方凸面的最大通光口径，h表示最大FOV所对应的成像像高。
7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述第三透镜与第四透镜接合面满足下述条件公式
5＞|R|/(Φ/2)＞2
其中R为接合面的中心曲率半径，Φ为接合面的光线有效口径。
8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述的光学镜头光圈数满足下述公式：FNO≤1.8。
9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述的光学镜头视场角FOV满足下述公式：80°≥FOV≥40°。
10.根据权利要求1～9任一项所述的光学镜头，其特征在于：所述第一透镜至第六透镜全部采用玻璃材料。
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