CN111751962B - 一种小型大通光的光学成像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镜头技术领域。本发明公开了一种小型大通光的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；第一透镜、第二透镜和第六透镜均为具负屈光率的凸凹透镜，第三透镜具正屈光率，且物侧面为凸面；第四透镜为具正屈光率的凹凸透镜，第五透镜为具正屈光率的凸凸透镜，第三透镜的物侧面和像侧面均为非球面或第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面。本发明具有分辨率高，畸变小，成像质量好，相对孔径大，相对照度均匀，小型化的优点。
Description
技术领域
本发明属于镜头技术领域，具体地涉及一种小型大通光的光学成像镜头。
背景技术
随着科学技术的不断进步和社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，光学成像镜头被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控、3D扫描等各个领域，因此，对于光学成像镜头的要求也日益提高。
在采用TOF(飞行的时间)技术来进行3D扫描的系统中，TOF镜头的性能好坏很关键，会较大地影响3D扫描的效果和可靠性。但目前市场上的TOF镜头还存在许多不足，如相对孔径较小，未达到应用所需理想相对孔径；整体尺寸较大，总长较长，满足不了小型化需求；对畸变管控差，矫正畸变导致大量像素损失；为实现大相对孔径对边缘视场相对照度牺牲较大；传递函数管控不好，分辨率低，成像质量差等，已无法满足3D扫描领域日益提高的要求，急需进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型大通光的光学成像镜头用以解决上述存在的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种小型大通光的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；第一透镜至第六透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；
第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面；
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凸面；
第五透镜具正屈光率，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凸面；
第六透镜具负屈光率，第六透镜的物侧面为凸面，第六透镜的像侧面为凹面；
第三透镜的物侧面和像侧面均为非球面或第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第六透镜。
进一步的，还包括光阑，光阑设置在第三透镜和第四透镜之间。
更进一步的，该光学成像镜头还满足：nd3≥1.85，其中，nd3为第三透镜的折射率。
进一步的，该光学成像镜头还满足：2.7<∣f1/f∣<3.8及2.7<∣f2/f∣<3.8，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f为该光学成像镜头的焦距。
进一步的，该光学成像镜头还满足：vd2≥38，其中，vd2为第二透镜的色散系数。
进一步的，该光学成像镜头还满足：nd5>1.8，其中，nd5为第五透镜的折射率。
进一步的，该光学成像镜头还满足：1.51≤nd1≤nd2，1.68≤nd4≤nd3≤2.1及1.49≤nd6≤nd5≤2.1，其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5和nd6分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的折射率。
进一步的，该光学成像镜头还满足：∣Φ3∣≤0.16mm-1，∣Φ4∣≤0.21mm-1，∣Φ5∣≤0.2mm-1，∣Φ6∣≤0.15mm-1，其中，Φ3为第三透镜的光焦度，Φ4为第四透镜的光焦度，Φ5为第五透镜的光焦度，Φ6为第六透镜的光焦度。
进一步的，该光学成像镜头还满足：ALT<9mm，ALG<7mm，ALT/ALG<1.5，其中，ALG为第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和，ALT为第一透镜至第六透镜在该光轴上的六个透镜厚度的总和。
本发明的有益技术效果：
本发明采用六片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有相对孔径大，增大识别范围；整体体积小、总长短，重量轻，可实现小型化的要求；对畸变进行较好矫正，减少矫正畸变情况下像素损失严重情况；对相对照度进行管控，保证大相对孔径条件下的相对照度均匀；光学传递函数管控较好，分辨率高，成像质量好的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例一的红外925nm-960nm的MTF图；
图3为本发明实施例一的红外940nm的相对照度图；
图4为本发明实施例一的场曲和畸变图；
图5为本发明实施例二的结构示意图；
图6为本发明实施例二的红外925nm-960nm的MTF图；
图7为本发明实施例二的红外940nm的相对照度图；
图8为本发明实施例二的场曲和畸变图；
图9为本发明实施例三的结构示意图；
图10为本发明实施例三的红外925nm-960nm的MTF图；
图11为本发明实施例三的红外940nm的相对照度图；
图12为本发明实施例三的场曲和畸变图；
图13为本发明实施例四的结构示意图；
图14为本发明实施例四的红外925nm-960nm的MTF图；
图15为本发明实施例四的红外940nm的相对照度图；
图16为本发明实施例四的场曲和畸变图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。
本发明公开了一种小型大通光的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；第一透镜至第六透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。
第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面。
第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面。
第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面。
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凸面。
第五透镜具正屈光率，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凸面。
第六透镜具负屈光率，第六透镜的物侧面为凸面，第六透镜的像侧面为凹面。
第三透镜的物侧面和像侧面均为非球面或第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面，改善高级球差、慧差，提升相对孔径，并尽可能缩小非球面的有效径，降低系统成本。
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第六透镜。本发明采用六片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有相对孔径大，增大识别范围；整体体积小、总长短，重量轻，可实现小型化的要求；对畸变进行较好矫正，减少矫正畸变情况下像素损失严重情况；对相对照度进行管控，保证大相对孔径条件下的相对照度均匀；光学传递函数管控较好，分辨率高，成像质量好的优点。
优选的，还包括光阑，光阑设置在第三透镜和第四透镜之间，降低工艺难度，提高组装良率。
更优选的，该光学成像镜头还满足：nd3≥1.85，其中，nd3为第三透镜的折射率，在光阑前使用高折射率材料，有效缩小口径，使结构更加小型化，且有利于提高分辨率。
优选的，该光学成像镜头还满足：2.7<∣f1/f∣<3.8及2.7<∣f2/f∣<3.8，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f为该光学成像镜头的焦距，进一步校正畸变，提升镜头分辨率。
优选的，该光学成像镜头还满足：vd2≥38，其中，vd2为第二透镜的色散系数，进一步优化初级像差，提高像质。
优选的，该光学成像镜头还满足：nd5>1.8，其中，nd5为第五透镜的折射率，可有效降低初级像差。
优选的，该光学成像镜头还满足：1.51≤nd1≤nd2，1.68≤nd4≤nd3≤2.1及1.49≤nd6≤nd5≤2.1，其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5和nd6分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的折射率，可以有效校正大孔径光学系统带来的像差，有利于提高整体的分辨率，更好地提升系统性能。
优选的，该光学成像镜头还满足：∣Φ3∣≤0.16mm-1，∣Φ4∣≤0.21mm-1，∣Φ5∣≤0.2mm-1，∣Φ6∣≤0.15mm-1，其中，Φ3为第三透镜的光焦度，Φ4为第四透镜的光焦度，Φ5为第五透镜的光焦度，Φ6为第六透镜的光焦度，降低光学成像镜头对各公差的敏感度，提高光学成像镜头的生产良率。
优选的，该光学成像镜头还满足：ALT<9mm，ALG<7mm，ALT/ALG<1.5，其中，ALG为第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和，ALT为第一透镜至第六透镜在该光轴上的六个透镜厚度的总和，进一步缩短光学成像镜头的系统长度，且易于加工制造，优化系统配置。
下面将以具体实施例来对本发明的小型大通光的光学成像镜头进行详细说明。
实施例一
如图1所示，一种小型大通光的光学成像镜头，从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑7、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、滤光片8和成像面9；该第一透镜1至第六透镜6各自包括一朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面。
第一透镜1具负屈光率，第一透镜1的物侧面11为凸面，第一透镜1的像侧面12为凹面。
第二透镜2具负屈光率，第二透镜2的物侧面21为凸面，第二透镜2的像侧面22为凹面。
第三透镜3具正屈光率，第三透镜3的物侧面31为凸面，第三透镜3的像侧面32为凹面，当然，在一些实施例中，第三透镜的像侧面32也可以是凸面或平面。
第四透镜4具正屈光率，第四透镜4的物侧面41为凹面，第四透镜4的像侧面42为凸面。
第五透镜5具正屈光率，第五透镜5的物侧面51为凸面，第五透镜5的像侧面52为凸面。
第六透镜6具负屈光率，第六透镜6的物侧面61为凸面，第六透镜6的像侧面62为凹面。
本具体实施例中，第四透镜4的物侧面41和像侧面42均为非球面，当然，在一些实施例中，也可以是第三透镜3的物侧面31和像侧面32均为非球面。
当然，在一些实施例中，光阑7也可以设置在其它透镜之间。
本具体实施例的详细光学数据如表1-1所示。
表1-1 实施例一的详细光学数据
本具体实施例中，物侧面41和像侧面42依下列非球面曲线公式定义：
其中：
z：非球面的深度(非球面上距离光轴为y的点，与相切于非球面光轴上顶点的切面，两者间的垂直距离)。
c：非球面顶点的曲率(the vertex curvature)。
K：锥面系数(Conic Constant)。
径向距离(radial distance)。
rn：归一化半径(normalization radius(NRADIUS))；
u：r/rn。
am：第m阶Qcon系数(is the mth Qcon coefficient)。
Qm con：第m阶Qcon多项式(the mth Qcon polynomial)。
各个非球面的参数详细数据请参考下表：
| 表面 | 41 | 42 |
| K＝ | -3.22E+01 | -2.42E-01 |
| a4＝ | -1.483E-02 | -7.403E-04 |
| a6＝ | 2.368E-03 | -2.357E-04 |
| a8＝ | -1.512E-03 | -9.847E-05 |
| a10＝ | 2.407E-05 | 1.411E-05 |
| a12＝ | 1.171E-04 | -2.946E-07 |
| a14＝ | -2.183E-05 | -1.841E-07 |
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图2，可以看出分辨率高，在160lp/mm时，传递函数仍大于0.3，成像质量优良，可满足100万像数以上的传感器；相对照度图请参阅图3，可以看出相对照度高，且均匀度好；场曲及畸变图请参阅图4的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正。
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝2.9mm；光圈值FNO＝1.2；视场角FOV＝76°；像面直径Φ＝4.1mm；第一透镜1的物侧面11至成像面9在光轴I上的距离TTL＝15.0mm，最大口径D＝8.0mm。
实施例二
如图5所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表2-1所示。
表2-1 实施例二的详细光学数据
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
| 表面 | 41 | 42 |
| K＝ | -7.285E+00 | -3.174E-01 |
| a4＝ | -1.392E-02 | -4.136E-04 |
| a6＝ | 1.678E-03 | -4.132E-04 |
| a8＝ | -1.234E-03 | -3.584E-05 |
| a10＝ | 7.326E-05 | 9.741E-06 |
| a12＝ | 6.722E-05 | -1.349E-06 |
| a14＝ | -1.335E-05 | 4.077E-09 |
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图6，可以看出分辨率高，在160lp/mm时，传递函数仍大于0.3，成像质量优良，可满足100万像数以上的传感器；相对照度图请参阅图7，可以看出相对照度高，且均匀度好；场曲及畸变图请参阅图8的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正。
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝2.9mm；光圈值FNO＝1.2；视场角FOV＝76°；像面直径Φ＝4.1mm；第一透镜1的物侧面11至成像面9在光轴I上的距离TTL＝15.0mm，最大口径D＝8.0mm。
实施例三
如图9所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表3-1所示。
表3-1 实施例三的详细光学数据
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图10，可以看出分辨率高，在160lp/mm时，传递函数仍大于0.3，成像质量优良，可满足100万像数以上的传感器；相对照度图请参阅图11，可以看出相对照度高，且均匀度好；场曲及畸变图请参阅图12的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正。
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝2.9mm；光圈值FNO＝1.2；视场角FOV＝76°；像面直径Φ＝4.1mm；第一透镜1的物侧面11至成像面9在光轴I上的距离TTL＝15.0mm，最大口径D＝8.0mm。
实施例四
如图13所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表4-1所示。
表4-1 实施例四的详细光学数据
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
| 表面 | 41 | 42 |
| K＝ | 1.431E+01 | -3.206E-01 |
| a4＝ | -1.426E-02 | -1.238E-04 |
| a6＝ | 2.085E-03 | -2.128E-04 |
| a8＝ | -1.257E-03 | -6.818E-05 |
| a10＝ | 1.036E-04 | 3.468E-05 |
| a12＝ | 6.412E-05 | -6.474E-06 |
| a14＝ | -1.271E-05 | 4.787E-07 |
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图14，可以看出分辨率高，在160lp/mm时，传递函数仍大于0.3，成像质量优良，可满足100万像数以上的传感器；相对照度图请参阅图15，可以看出相对照度高，且均匀度好；场曲及畸变图请参阅图16的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正。
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝2.9mm；光圈值FNO＝1.2；视场角FOV＝76°；像面直径Φ＝4.1mm；第一透镜1的物侧面11至成像面9在光轴I上的距离TTL＝15.0mm，最大口径D＝8.0mm。
表5 本发明四个实施例的相关重要参数的数值
| 第一实施例 | 第二实施例 | 第三实施例 | 第四实施例 | |
| f1 | -10.13 | -10.92 | -9.59 | -9.45 |
| f2 | -9.77 | -9.85 | -9.35 | -9.66 |
| f | 2.9 | 2.9 | 2.9 | 2.9 |
| ∣f1/f∣ | 3.49 | 3.77 | 3.31 | 3.26 |
| ∣f2/f∣ | 3.37 | 3.40 | 3.22 | 3.33 |
| ALT | 8.28 | 7.83 | 8.81 | 8.78 |
| ALG | 6.51 | 6.96 | 5.98 | 6.01 |
| ALT/ALG | 1.27 | 1.13 | 1.47 | 1.46 |
| ∣Φ3∣ | 0.15 | 0.13 | 0.14 | 0.14 |
| ∣Φ4∣ | 0.20 | 0.20 | 0.19 | 0.19 |
| ∣Φ5∣ | 0.17 | 0.17 | 0.19 | 0.19 |
| ∣Φ6∣ | 0.15 | 0.14 | 0.13 | 0.13 |
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种小型大通光的光学成像镜头，其特征在于：从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；第一透镜至第六透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；
第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面；
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凸面；
第五透镜具正屈光率，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凸面；
第六透镜具负屈光率，第六透镜的物侧面为凸面，第六透镜的像侧面为凹面；
第三透镜的物侧面和像侧面均为非球面或第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第六透镜；
该光学成像镜头满足：2.7<∣f1/f∣<3.8，2.7<∣f2/f∣<3.8，ALT<9mm，ALG<7mm，ALT/ALG<1.5，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f为该光学成像镜头的焦距，ALT为第一透镜至第六透镜在该光轴上的六个透镜厚度的总和，ALG为第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和。
2.根据权利要求1所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于：还包括光阑，光阑设置在第三透镜和第四透镜之间。
3.根据权利要求2所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：nd3≥1.85，其中，nd3为第三透镜的折射率。
4.根据权利要求1所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：vd2≥38，其中，vd2为第二透镜的色散系数。
5.根据权利要求1所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：nd5>1.8，其中，nd5为第五透镜的折射率。
6.根据权利要求1所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：1.51≤nd1≤nd2，1.68≤nd4≤nd3≤2.1及1.49≤nd6≤nd5≤2.1，其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5和nd6分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的折射率。
7.根据权利要求1所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：∣Φ3∣≤0.16mm-1，∣Φ4∣≤0.21mm-1，∣Φ5∣≤0.2mm-1，∣Φ6∣≤0.15mm-1，其中，Φ3为第三透镜的光焦度，Φ4为第四透镜的光焦度，Φ5为第五透镜的光焦度，Φ6为第六透镜的光焦度。
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