光学成像镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种超大光圈长焦光学成像镜头及成像设备。

背景技术

随着安防监控视频技术应用范围和场景的逐步拓展，以及安防监控在高清化、网络化、智能化等方面的要求日益加强，安防监控镜头产品在高清图像输出、超大光圈、日夜共焦成像、高可靠性等方面的技术水平要求也日益提升。

目前市场上流行的大部分监控类镜头的光圈比较小，F#大部分在2.0以上，导致此类镜头在强光及低照度环境下成像效果较差、分辨率偏低，不能满足室内外复杂的环境光下日夜高清成像的需求；还有许多监控类镜头镜片片数多，甚至采用全玻璃材料镜片，使镜头的成本较高且体积较大，不利于在市场上推广应用。

发明内容

为此，本发明的目的在于提出一种光学成像镜头及成像设备，至少具有超大光圈、长焦摄远、高像素、小型化、热稳定性好、成本相对较低的优点。

本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

第一方面，本发明提供了一种光学成像镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、滤光片以及保护玻璃。其中，所述第一透镜具有负光焦度，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；所述第二透镜具有负光焦度，所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第二透镜的像侧面为凸面；所述第三透镜具有正光焦度，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凸面；所述第四透镜具有正光焦度，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；所述第五透镜具有负光焦度，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；所述第六透镜具有正光焦度，所述第六透镜的物侧面为凸面，所述第六透镜像侧面为凸面；所述第七透镜具有负光焦度，所述第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面且具有反曲点，所述第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有反曲点。所述光学成像镜头满足以下条件式：0.9

第二方面，本发明提供一种成像设备，包括成像元件及第一方面提供的光学成像镜头，成像元件用于将光学成像镜头形成的光学图像转换为电信号。

相比于现有技术，本发明提供的光学成像镜头及成像设备，通过合理的搭配各透镜之间的镜片形状与光焦度组合，以及合理选取第三透镜的球面玻璃材料，有效控制了热焦点偏移，使镜头在高低温环境下（-30~70℃）依旧有良好成像表现；由于光阑的位置及各透镜的面型设置合理，使镜头具有超大光圈的特性，满足明暗环境的成像需求；同时还具有高像素、长焦摄远、小型化、成本相对较低的优点，能够满足安防监控类设备的使用需求。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一实施例中的光学成像镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中的光学成像镜头的f-tanθ畸变曲线图；

图3为本发明第一实施例中的光学成像镜头的垂轴色差图；

图4为本发明第一实施例中的光学成像镜头的MTF图；

图5为本发明第一实施例中的光学成像镜头在常温20℃下的离焦曲线图；

图6为本发明第一实施例中的光学成像镜头在低温-30℃下的离焦曲线图；

图7为本发明第一实施例中的光学成像镜头在高温70℃下的离焦曲线图；

图8为本发明第二实施例中的光学成像镜头的结构示意图；

图9为本发明第二实施例中的光学成像镜头的f-tanθ畸变曲线图；

图10为本发明第二实施例中的光学成像镜头的垂轴色差图；

图11为本发明第二实施例中的光学成像镜头的MTF图；

图12为本发明第三实施例中的光学成像镜头的结构示意图；

图13为本发明第三实施例中的光学成像镜头的f-tanθ畸变曲线图；

图14为本发明第三实施例中的光学成像镜头的垂轴色差图；

图15为本发明第三实施例中的光学成像镜头的MTF图；

图16为本发明第四实施例中的光学成像镜头的结构示意图；

图17为本发明第四实施例中的光学成像镜头的f-tanθ畸变曲线图；

图18为本发明第四实施例中的光学成像镜头的垂轴色差图；

图19为本发明第四实施例中的光学成像镜头的MTF图；

图20为第七透镜上反曲点与光轴的垂直距离示意图；

图21为本发明第五实施例提供的成像设备的结构示意图。

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成像镜头，该光学成像镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、滤光片以及保护玻璃。

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凹面，第二透镜的像侧面为凸面；

第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面和像侧面均为凹面；

第六透镜具有正光焦度，第六透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

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且具有反曲点，第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有反曲点。

所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.9

其中，F#表示光学成像镜头的相对孔径。相对孔径F#是镜头的有效焦距与入射孔径的比值，F#越小表示光学成像镜头的光圈越大。满足条件式（1）时，表明光学成像镜头具有超大光圈的特性，在低照度的环境下依然能有优良的成像效果，能够满足明暗环境的成像需求。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

1.8

其中，f表示光学成像镜头的有效焦距，IH表示光学成像镜头的实际半像高。满足条件式（2）时，表明镜头具有长焦性能，能保证光学系统的摄远效果，使系统具有较大的放大倍率，同时放宽镜头对装配公差的容忍度，有效降低镜头的公差敏感性。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.5

0.5

其中，SAG

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.5

0.5

其中，SAG

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

1.69

52

其中，Nd

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

2.5mm

2.5mm

其中，Y

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

2.0

其中，CT

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

1.9

其中，EPND表示光学成像镜头的通光孔径，IH表示光学成像镜头的实际半像高。满足条件式（12）时，能够实现镜头的大通光量与大成像面的合理均衡，使镜头具有超大光圈的同时具有较高的解像力。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.85mm

其中，T

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

6.5mm

其中，IH表示光学成像镜头的实际半像高，θ表示光学成像镜头的半视场角。满足条件式（14）时，能够合理限定光学成像镜头的畸变，降低畸变矫正的难度。IH/tanθ的值超过下限时，镜头的畸变会朝负方向增大，导致画面桶形畸变明显，影响拍摄画面的视觉效果；IH/tanθ的值超过上限时，镜头的畸变会朝正方向变大，从而导致光学系统的边缘相对照度降低，画面有暗角风险。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

CRA<12°；（15）

其中，CRA表示光学成像镜头的主光线在成像面上的入射角。满足条件式（15）时，能够很好的匹配芯片的主光线入射角，实现良好的成像效果。

作为一种实施方式，采用一片玻璃镜片和六片塑胶镜片的玻塑混合搭配结构，在实现小型化和低成本的同时，还能够保证镜头具有良好的成像效果。其中第三透镜可以是玻璃球面材质，能很好的矫正系统的温漂，提升镜头的热稳定性。第一透镜、第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜可以是塑胶非球面镜片，采用非球面镜片，可以有效减少镜片数量，修正像差，提供更好的光学性能。

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，光学成像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，当光学成像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

第一实施例

请参阅图1，所示为本申请第一实施例提供的光学成像镜头100的结构示意图，该光学成像镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括第一透镜L1、第二透镜L2、光阑ST、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7以及滤光片G1和保护玻璃G2。

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为凹面，第二透镜的像侧面S4为凸面；

第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5和像侧面S6均为凸面；

第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7和像侧面S8均为凸面；

第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面S9和像侧面S10均为凹面；

第六透镜L6具有正光焦度，第六透镜的物侧面S11和像侧面S12均为凸面；

第七透镜L7具有负光焦度, 第七透镜的物侧面S13在近光轴处为凸面且具有一个反曲点，第七透镜的像侧面S14在近光轴处为凹面且具有一个反曲点；

第一透镜L1、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，第三透镜L3为玻璃球面镜片。

具体的，本实施例提供的光学成像镜头100的各透镜的设计参数如表1所示。

表1

本实施例中，光学成像镜头100中各个透镜的非球面参数如表2所示。

表2

请参照图2、图3、图4、图5、图6以及图7，所示分别为光学成像镜头100的f-tanθ畸变曲线图、垂轴色差曲线图、调制传递函数（MTF）曲线图、在常温20℃下的离焦曲线图、在低温-30℃下的离焦曲线图以及在高温70℃下的离焦曲线图，从图2中可以看出光学畸变控制在-15%以内，说明光学成像镜头100的畸变得到良好的矫正；从图3中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在2.5微米以内，说明光学成像镜头100的垂轴色差得到良好的矫正；从图4中可以看出MTF值均在0.7以上，说明光学成像镜头100的解像力表现优秀，具有良好的成像质量；从图5、图6、图7可以看出，在常温（20℃）、低温（-30℃）、高温（70℃）下，曲线都比较密集，说明光学成像镜头100的温漂较小，光学热稳定性好。

第二实施例

如图8所示，为本实施例提供的光学成像镜头200的结构示意图，本实施例的光学成像镜头200与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于设计参数不同。

具体的，本实施例提供的光学成像镜头200的设计参数如表3所示。

表3

本实施例中，光学成像镜头200中各个透镜的非球面参数如表4所示。

表4

请参照图9、图10和图11，所示分别为光学成像镜头200的f-tanθ畸变曲线图、垂轴色差曲线图、调制传递函数（MTF）曲线图，从图9中可以看出光学畸变控制在-15%以内，说明光学成像镜头200的畸变得到良好的矫正；从图10中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在3微米以内，说明光学成像镜头200的垂轴色差得到良好的矫正；从图11中可以看出MTF值均在0.7以上，说明光学成像镜头200的解像力表现优秀，具有良好的成像质量。

第三实施例

如图12所示，为本实施例提供的光学成像镜头300的结构示意图，本实施例的光学成像镜头300与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于设计参数不同。

具体的，本实施例提供的光学成像镜头300的设计参数如表5所示。

表5

本实施例中，光学成像镜头300中各个透镜的非球面参数如表6所示。

表6

请参照图13、图14和图15，所示分别为光学成像镜头300的f-tanθ畸变曲线图、垂轴色差曲线图、调制传递函数（MTF）曲线图，从图13中可以看出光学畸变控制在-12.5%以内，说明光学成像镜头300的畸变得到良好的矫正；从图14中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在1微米以内，说明光学成像镜头300的垂轴色差得到良好的矫正；从图15中可以看出MTF值均在0.6以上，说明光学成像镜头300的解像力表现优秀，具有良好的成像质量。

第四实施例

如图16所示，为本实施例提供的光学成像镜头400的结构示意图，本实施例的光学成像镜头400与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于设计参数不同。

具体的，本实施例提供的光学成像镜头400的设计参数如表7所示。

表7

本实施例中，光学成像镜头400中各个透镜的非球面参数如表8所示。

表8

请参照图17、图18和图19，所示分别为光学成像镜头400的f-tanθ畸变曲线图、垂轴色差曲线图、调制传递函数（MTF）曲线图，从图17可以看出光学畸变控制在-12%以内，说明光学成像镜头400的畸变得到良好的矫正；从图18中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在2微米以内，说明光学成像镜头400的垂轴色差得到良好的矫正；从图19中可以看出MTF值均在0.6以上，说明光学成像镜头400的解像力表现优秀，具有良好的成像质量。

请参阅表9，所示为上述四个实施例中提供的光学成像镜头分别对应的光学特性，包括光学成像镜头的有效焦距f、光圈数F#、光学总长TL、视场角2θ、半像高IH，以及与前述的每个条件式对应的相关数值。

表9

从以上每个实施例的垂轴色差、畸变曲线以及MTF曲线图可以看出，各实施例中的光学成像镜头的垂轴色差小于3微米、f-tanθ畸变值均在-15%以内、MTF值均在0.6以上，表明本发明实施例提供的镜头具有较小的畸变，成像画面失真小，同时具有良好的解像力。

本发明各实施例中的光学成像镜头在低温（-30℃）或高温（70℃）环境下，镜头的焦点偏移量较小；示例性地，图5、6和7分别为本发明第一实施例中的光学成像镜头100在常温20℃、低温-30℃以及高温70℃下的离焦曲线图，从图中可以看出，所述光学成像镜头100在低温（-30℃）或高温（70℃）下，曲线都比较密集，说明光学成像镜头的温漂较小，光学热稳定性好；其它实施例的镜头在高低温中焦点偏移量也较小，以上表明本发明的镜头温漂较小，光学热稳定性好。

综上所述，本发明实施例提供的光学成像镜头，通过合理的搭配各透镜之间的镜片形状、材料与光焦度组合，有效的修正了光学成像镜头的像差和温漂，由此，本发明实施例提供的光学成像镜头具有光学热稳定性好、成像品质高的优点；同时还具有超大光圈、长焦摄远、小型化、成本相对较低的优点，能够满足安防监控类设备的使用需求。

第五实施例

请参阅图21，所示为本发明第五实施例提供的成像设备500，该成像设备500可以包括成像元件510和上述任一实施例中的光学成像镜头（例如光学成像镜头100）。成像元件510可以是CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补性金属氧化物半导体）图像传感器，还可以是CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）图像传感器。

该成像设备500可以是安防监控设备、车载、全景相机以及其它任意一种形态的装载了上述光学成像镜头的电子设备。

本申请实施例提供的成像设备500包括光学成像镜头100，由于光学成像镜头100具有超大光圈、高像素、小型化、热稳定性好、成本相对较低的优点，具有该光学成像镜头100的成像设备500也具有超大光圈、高像素、小型化、热稳定性好、成本相对较低的优点，可满足安防监控类设备的使用需求。

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专利范围的限制。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，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。