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CN111948789B - 一种搭配液体镜头的光学成像镜头 - Google Patents

一种搭配液体镜头的光学成像镜头 Download PDF

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CN111948789B CN202010964556.8A CN202010964556A CN111948789B CN 111948789 B CN111948789 B CN 111948789B CN 202010964556 A CN202010964556 A CN 202010964556A CN 111948789 B CN111948789 B CN 111948789B
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Abstract

本发明涉及镜头技术领域。本发明公开了一种搭配液体镜头的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第四透镜、光阑、液体镜头、第五透镜至第七透镜，第一透镜和第二透镜均具正屈光率且物侧面为凸面，第三透镜具负屈光率且像侧面为凹面，第四透镜为具正屈光率的凸平或凸凹透镜，第五透镜具负屈光率且物侧面为凹面或平面，第六透镜为具负屈光率的凹凸透镜，第七透镜具正屈光率且物侧面为凸面。本发明具有兼顾分辨率、景深、放大倍率等参数，工作物距范围宽，分辨率较高，成像质量好，通光大，生产良率高的优点。

Description

一种搭配液体镜头的光学成像镜头
技术领域
本发明属于镜头技术领域，具体地涉及一种搭配液体镜头的光学成像镜头。
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、机器视觉系统等各个领域，因此，对于光学成像镜头的要求也越来越高。
但目前市面上用于虹膜识别的搭配有液体镜头的光学成像镜头还存在着许多不足，如通光远未达到应用所需理想通光值；相对照度受限于液体镜头，相对照度差；无法兼顾分辨率、景深、放大倍率等参数，识别范围受限，需检测对象位于指定小范围方可识别；生产良率差等，已无法满足日益提高的要求，急需进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种搭配液体镜头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：一种搭配液体镜头的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第四透镜、光阑、液体镜头、第五透镜至第七透镜；第一透镜至第七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；
第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面；
第二透镜具正屈光率，第二透镜的物侧面为凸面；
第三透镜具负屈光率，第三透镜的像侧面为凹面；
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为平面或凹面；
第五透镜具负屈光率，第五透镜的物侧面为凹面或平面；
第六透镜具负屈光率，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凸面；
第七透镜具正屈光率；第七透镜的物侧面为凸面。
进一步的，还包括第八透镜，第八透镜设置在第五透镜与第六透镜之间，第八透镜具正屈光率，第八透镜的物侧面为凹面，第八透镜的像侧面为凸面。
更进一步的，该第一透镜的折射率大于第二透镜的折射率，第三透镜的折射率大于第二透镜和第四透镜的折射率，第八透镜的折射率大于第五透镜和第六透镜的折射率，第七透镜的折射率大于第六透镜的折射率。
进一步的，该第三透镜与第四透镜相互胶合。
更进一步的，该第二透镜和第三透镜相互胶合。
进一步的，该光学成像镜头更满足：1.1<f1/f<1.3，0.8<f8/f<1.0，其中，f为该光学成像镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，f8为第八透镜的焦距。
进一步的，该光学成像镜头更满足：Φ234/Φ≥1.5，其中，Φ234为第二透镜、第三透镜、第四透镜的组合光焦度，Φ为该光学成像镜头的光焦度。
进一步的，该光学成像镜头更满足：TTL＜1.25f，其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离，f为该光学成像镜头的焦距。
进一步的，该光学成像镜头更满足：G45>15mm，其中，G45第四透镜的像侧面到第五透镜的物侧面在光轴上的距离。
本发明的有益技术效果：
本发明兼顾分辨率、景深、放大倍率等参数，工作距离宽，用于虹膜识别时，识别对象无需位于特定小范围，实现无感通行；分辨率高，成像质量好；通光较大，相对照度较高；量产良率高(可达80％)。
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为本发明实施例一1000mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图3为本发明实施例一800mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图4为本发明实施例一13000mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图5为本发明实施例一1000mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的离焦曲线图；
图6为本发明实施例一的场曲和畸变图示意图；
图7为本发明实施例二的结构示意图；
图8为本发明实施例二1300mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图9为本发明实施例二800mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图10为本发明实施例二2000mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图11为本发明实施例二1300mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的离焦曲线图；
图12为本发明实施例二的场曲和畸变图示意图；
图13为本发明实施例三的结构示意图；
图14为本发明实施例三1300mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图15为本发明实施例三800mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图16为本发明实施例三2000mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图17为本发明实施例三1300mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的离焦曲线图；
图18为本发明实施例三的场曲和畸变图示意图；
图19为本发明实施例四的结构示意图；
图20为本发明实施例四1000mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图21为本发明实施例四500mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图22为本发明实施例四1500mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图23为本发明实施例四1300mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的离焦曲线图；
图24为本发明实施例四的场曲和畸变图示意图；
图25为本发明实施例五的结构示意图；
图26为本发明实施例五1000mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图27为本发明实施例五500mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图28为本发明实施例五1500mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的MTF图；
图29为本发明实施例五1300mm工作物距的红外0.7800-0.8500μm的离焦曲线图；
图30为本发明实施例五的场曲和畸变图示意图。
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。
这里所说的「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。
本发明提供了一种搭配液体镜头的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第四透镜、光阑、液体镜头、第五透镜至第七透镜；第一透镜至第七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。
第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面。
第二透镜具正屈光率，第二透镜的物侧面为凸面。
第三透镜具负屈光率，第三透镜的像侧面为凹面。
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为平面或凹面。
第五透镜具负屈光率，第五透镜的物侧面为凹面或平面。
第六透镜具负屈光率，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凸面。
第七透镜具正屈光率；第七透镜的物侧面为凸面。
第一透镜对系统预屈光，第二透镜、第三透镜、第四透镜构成系统压缩光线高度，使光束可近似平行光轴通过光阑与液体镜头，减少液体镜头对系统敏感度及相对照度的影响，第五透镜将液体镜头出射光束扩大光线高度，获取较大像高。
本发明兼顾分辨率、景深、放大倍率等参数，工作距离宽，用于虹膜识别时，识别对象无需位于特定小范围，实现无感通行；分辨率高，成像质量好；通光较大；量产良率高(可达80％)。
优选的，还包括第八透镜，第八透镜设置在第五透镜与第六透镜之间，第八透镜具正屈光率，第八透镜的物侧面为凹面，第八透镜的像侧面为凸面，进一步提升整体性能。
更优选的，该第一透镜的折射率大于第二透镜的折射率，第三透镜的折射率大于第二透镜和第四透镜的折射率，第八透镜的折射率大于第五透镜和第六透镜的折射率，第七透镜的折射率大于第六透镜的折射率，进一步消像差和色差，提升成像质量。
优选的，该第三透镜与第四透镜相互胶合，进一步提升良率及工艺性。
更优选的，该第二透镜和第三透镜相互胶合，进一步提升良率及工艺性。
优选的，该光学成像镜头更满足：1.1<f1/f<1.3，0.8<f8/f<1.0，其中，f为该光学成像镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，f8为第八透镜的焦距，使该光学成像镜头的焦距在50mm左右。
优选的，该光学成像镜头更满足：Φ234/Φ≥1.5，其中，Φ234为第二透镜、第三透镜、第四透镜的组合光焦度，Φ为该光学成像镜头的光焦度，进一步增大通光。
优选的，该光学成像镜头更满足：TTL＜1.25f，其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离，f为该光学成像镜头的焦距，进一步缩短该光学成像镜头的系统长度。
优选的，该光学成像镜头更满足：G45>15mm，其中，G45第四透镜的像侧面到第五透镜的物侧面在光轴上的距离，便于装配液体镜头，提高工艺可行性。
下面将以具体实施例来对本发明的搭配液体镜头的光学成像镜头进行详细说明。
实施例一
如图1所示，一种搭配液体镜头的光学成像镜头，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、第四透镜4、光阑9、液体镜头100、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、保护玻璃110和成像面120；第一透镜1至第七透镜7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具正屈光率，第一透镜1的物侧面11为凸面，第一透镜1的像侧面12为凸面，当然，在其它实施例中，第一透镜1的像侧面12也可以是凹面或平面。
第二透镜2具正屈光率，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，当然，在其它实施例中，第二透镜2的像侧面22也可以是凸面或平面。
第三透镜3具负屈光率，第三透镜3的物侧面31为凹面，第三透镜31的像侧面33为凹面，当然，在其它实施例中，第三透镜3的物侧面31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为凸面，第四透镜4的像侧面42为凹面，当然，在其它实施例中，第四透镜4的像侧面42也可以是平面。
第五透镜5具负屈光率，第五透镜5的物侧面51为凹面，第五透镜5的像侧面52为凸面，当然，在其它实施例中，第五透镜5的物侧面51也可以是平面，第五透镜5的像侧面52也可以是凹面或平面。
第六透镜6具负屈光率，第六透镜6的物侧面61为凹面，第六透镜6的像侧面62为凸面。
第七透镜7具正屈光率；第七透镜7的物侧面71为凸面，第七透镜7的像侧面72为凸面，当然，在其它实施例中，第七透镜7的像侧面72也可以是凹面。
液体镜头100采用现有的液体镜头，具体结构可以参考现有技术，此不再细说。
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
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
本具体实施例的不同工作物距的MTF传递函数曲线图详见图2、3和4，可以看出工作物距范围宽，分辨率可满足4K分辨率传感器使用，兼顾分辨率、景深、放大倍率等参数；离焦曲线图详见图5，可以看出成像质量较好；场曲及畸变图请参阅图6的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变较小，畸变量小于1.9％。
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝53.0mm；光圈值FNO＝3.5；视场角FOV＝15.6°；像面大小＝16.0mm；第一透镜1的物侧面11至成像面120在光轴I上的距离TTL＝56.85mm。
实施例二
如图7所示，一种搭配液体镜头的光学成像镜头，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、第四透镜4、光阑9、液体镜头100、第五透镜5、第八透镜8、第六透镜6、第七透镜7、保护玻璃110和成像面120；第一透镜1至第八透镜8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具正屈光率，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，当然，在其它实施例中，第一透镜1的像侧面12也可以是凸面或平面。
第二透镜2具正屈光率，第二透镜2的物侧面21为凸面，第二透镜2的像侧面22为平面，当然，在其它实施例中，第二透镜2的像侧面22也可以是凸面或凹面。
第三透镜3具负屈光率，第三透镜3的物侧面31为平面，第三透镜31的像侧面33为凹面，当然，在其它实施例中，第三透镜3的物侧面31也可以是凸面或凹面。
第四透镜4具正屈光率，第四透镜4的物侧面41为凸面，第四透镜4的像侧面42为凹面，当然，在其它实施例中，第四透镜4的像侧面42也可以是平面。
第五透镜5具负屈光率，第五透镜5的物侧面51为凹面，第五透镜5的像侧面52为凹面，当然，在其它实施例中，第五透镜5的物侧面51也可以是平面，第五透镜5的像侧面52也可以是凸面或平面。
第八透镜8具正屈光率，第八透镜8的物侧面81为凹面，第八透镜8的像侧面82为凸面。
第六透镜6具负屈光率，第六透镜6的物侧面61为凹面，第六透镜6的像侧面62为凸面。
第七透镜7具正屈光率；第七透镜7的物侧面71为凸面，第七透镜7的像侧面72为凹面。
本具体实施例中，第三透镜3与第四透镜4相互胶合。
液体镜头100采用现有的液体镜头，具体结构可以参考现有技术，此不再细说。
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
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
本具体实施例的不同工作物距的MTF传递函数曲线图详见图8、9和10，可以看出工作物距范围宽，分辨率可满足4K分辨率传感器使用，兼顾分辨率、景深、放大倍率等参数；离焦曲线图详见图11，可以看出成像质量较好；场曲及畸变图请参阅图12的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变较小，畸变量小于1.0％。
本实施例的成像质量比实施例一的成像质量更好。
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝50.5mm；光圈值FNO＝3.8；视场角FOV＝16.8°；像面大小＝16.0mm；第一透镜1的物侧面11至成像面120在光轴I上的距离TTL＝53.90mm。
实施例三
如图13所示，本实施例与实施例二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。此外，本具体实施例中，第二透镜2与第三透镜3相互胶合，第三透镜3与第四透镜4相互胶合。
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
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
本具体实施例的不同工作物距的MTF传递函数曲线图详见图14、15和16，可以看出工作物距范围宽，分辨率可满足4K分辨率传感器使用，兼顾分辨率、景深等参数；离焦曲线图详见图17，可以看出成像质量较好；场曲及畸变图请参阅图18的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变较小，畸变量小于0.9％。
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝50.7mm；光圈值FNO＝3.8；视场角FOV＝16.7°；像面大小＝16.0mm；第一透镜1的物侧面11至成像面120在光轴I上的距离TTL＝54.92mm。
实施例四
如图19所示，本实施例与实施例三的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第一透镜1的像侧面12为平面，第二透镜2的像侧面22为凹面，第三透镜3的物侧面31为凸面，第五透镜5的物侧面51为平面，此外，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也有所不同。
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
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
本具体实施例的不同工作物距的MTF传递函数曲线图详见图20、21和22，可以看出工作物距范围宽，分辨率可满足4K分辨率传感器使用，兼顾分辨率、景深等参数；离焦曲线图详见图23，可以看出成像质量较好；场曲及畸变图请参阅图24的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变较小，畸变量小于2.50％。
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝50.0mm；光圈值FNO＝3.5；视场角FOV＝16.3°；像面大小＝16.0mm；第一透镜1的物侧面11至成像面120在光轴I上的距离TTL＝55.87mm。
实施例五
如图25所示，本实施例与实施例四的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第五透镜5的物侧面51为凹面，第七透镜7的像侧面72为凸面，此外，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表5-1所示。
表5-1实施例五的详细光学数据
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
本具体实施例的不同工作物距的MTF传递函数曲线图详见图26、27和28，可以看出工作物距范围宽，分辨率可满足4K分辨率传感器使用，兼顾分辨率、景深等参数；离焦曲线图详见图29，可以看出成像质量较好；场曲及畸变图请参阅图30的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变较小，畸变量小于2.50％。
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝55.0mm；光圈值FNO＝3.5；视场角FOV＝14.7°；像面大小＝16.0mm；第一透镜1的物侧面11至成像面120在光轴I上的距离TTL＝59.84mm。
表6本发明五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 第五实施例
f1/f 1.12 1.14 1.28 1.22 1.17
f8/f 0.93 0.92 0.93 0.82 0.83
Φ234 0.003 0.003 0.006 0.006 0.005
Φ 0.020 0.020 0.020 0.018 0.019
Φ234/Φ 0.15 0.17 0.29 0.31 0.27
TTL 53.90 54.92 55.87 59.84 56.85
1.25f 63.125 63.375 62.5 68.75 66.25
G45 16.99 16.73 17.68 17.72 17.79
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)

1.一种搭配液体镜头的光学成像镜头，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四透镜、光阑、液体镜头、第五透镜至第七透镜；第一透镜至第七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；
第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面；
第二透镜具正屈光率，第二透镜的物侧面为凸面；
第三透镜具负屈光率，第三透镜的像侧面为凹面；
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为平面或凹面；
第五透镜具负屈光率，第五透镜的物侧面为凹面或平面；
第六透镜具负屈光率，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凸面；
第七透镜具正屈光率；第七透镜的物侧面为凸面；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜不超过八片，该光学成像镜头满足：1.1<f1/f<1.3，0.8<f8/f<1.0，Φ234/Φ≥1.5，其中，f为该光学成像镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，f8为第八透镜的焦距，Φ234为第二透镜、第三透镜、第四透镜的组合光焦度，Φ为该光学成像镜头的光焦度。
2.根据权利要求1所述的搭配液体镜头的光学成像镜头，其特征在于：还包括第八透镜，第八透镜设置在第五透镜与第六透镜之间，第八透镜具正屈光率，第八透镜的物侧面为凹面，第八透镜的像侧面为凸面。
3.根据权利要求2所述的搭配液体镜头的光学成像镜头，其特征在于：该第一透镜的折射率大于第二透镜的折射率，第三透镜的折射率大于第二透镜和第四透镜的折射率，第八透镜的折射率大于第五透镜和第六透镜的折射率，第七透镜的折射率大于第六透镜的折射率。
4.根据权利要求1或2所述的搭配液体镜头的光学成像镜头，其特征在于：该第三透镜与第四透镜相互胶合。
5.根据权利要求4所述的搭配液体镜头的光学成像镜头，其特征在于：该第二透镜和第三透镜相互胶合。
6.根据权利要求1或2所述的搭配液体镜头的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：TTL＜1.25f，其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离，f为该光学成像镜头的焦距。
7.根据权利要求1或2所述的搭配液体镜头的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：G45>15mm，其中，G45第四透镜的像侧面到第五透镜的物侧面在光轴上的距离。
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