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，特别是涉及一种光学成像镜头及成像设备。

背景技术

伴随着汽车行业的蓬勃发展，自动化以及车内监控和感应系统都开始快速发展起来，而车载摄像头作为自动驾驶辅助系统的关键部件也迎来了较快发展，通过前视、后视、环视等车载摄像头，可以获取车辆内外的全方位信息，从而帮助驾驶者作出正确的驾驶行为，因此，镜头对于环境的适应性和成像稳定性成为汽车行驶过程中的安全保障。车载镜头不仅需要在各类环境如高低温情况下、酸碱侵蚀情况下使用，而且需要在照明不足光线较暗的情况下使用，在这些场合，必须考虑镜头在温度变化情况下性能的稳定性，以及在不同光照情况下的成像清晰度。同时为了适应自动驾驶等应用场合的需要，在复杂多变的道路条件下，不仅需要关注车辆前方近距离的目标及道路情况，还需要关注远处的目标，尤其是车辆前方100～200米距离的信息；为了获取远距离的感知，还要求镜头具有长焦特性且在小视角范围内成像要清晰。

然而，现有市场上的光学镜头普遍存在远距离成像不佳、边缘视场成像不清晰等缺点，导致镜头对远距离的目标识别性差，无法满足车载监控系统的使用需求。

发明内容

为此，本发明的目的在于提出的光学成像镜头及成像设备，至少具有长焦距、大光圈及成像品质高的特点，能够满足车载监控系统中的使用需求。

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：具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凹面或平面，所述第一透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第四透镜，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，且所述第四透镜和所述第五透镜组成粘合体；具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的像侧面为凹面；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜均为玻璃材质的镜片，且所述光学成像镜头至少包含一个非球面镜片。

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。

相较现有技术，本发明提供的光学成像镜头采用七片具有特定形状的玻璃材质的镜片，尤其是在指定位置采用非球面镜片，使镜头具有长焦性能以及较小的畸变，从而能够实现在较远距离内的高清成像；同时该光学成像镜头还具有较大的光圈，能够满足较暗环境的成像需求。

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MTF图；

图3为本发明第一实施例中的光学成像镜头的轴向色差曲线图；

图4为本发明第一实施例中的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；

图5为本发明第二实施例中的光学成像镜头的结构示意图；

图6为本发明第二实施例中的光学成像镜头的MTF图；

图7为本发明第二实施例中的光学成像镜头的轴向色差曲线图；

图8为本发明第二实施例中的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；

图9为本发明第三实施例中的光学成像镜头的结构示意图；

图10为本发明第三实施例中的光学成像镜头的MTF图；

图11为本发明第三实施例中的光学成像镜头的轴向色差曲线图；

图12为本发明第三实施例中的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；

图13为本发明第四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，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、第七透镜以及滤光片。

第一透镜具有正光焦度，第一透镜的物侧面为凹面或平面，第一透镜的像侧面为凸面；

第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；

第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面可为凹面、凸面或平面，第三透镜的像侧面为凸面；

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凹面、凸面或平面，第四透镜的像侧面为凸面；

第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面为凹面，第五透镜的像侧面为凹面或凸面，且第四透镜和第五透镜组成粘合体；

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，第七透镜的物侧面为凹面、凸面或平面，第七透镜的像侧面为凹面。

本发明中所述光学成像镜头的所有透镜全部为玻璃材料，具有低色散分辨率高的优点，在高频和低频情况下都具有良好的成像。并且所述光学成像镜头至少包含一个非球面镜片。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

2.5

其中，f表示光学成像镜头的焦距，IH表示光学成像镜头的实际半像高。满足上述条件式（1）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，对较远视野范围内的景物具有较好的成像品质。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

2

0.5

其中，f1表示第一透镜的焦距，f6表示第六透镜的焦距，f表示光学成像镜头的焦距。满足上述条件式（2）和（3），有利于合理分配系统的光焦度，提高镜头的成像质量。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

D/TTL>0.2；（4）

其中，D表示光阑的有效口径，TTL表示光学成像镜头的光学总长。满足上述条件式（4），有利于控制镜头的整体口径，增大系统的进光量，使系统在弱光或者较暗的环境下也能良好成像。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-8

-1

其中，R11表示第一透镜的物侧面的曲率半径，R12表示第一透镜的像侧面的曲率半径，f1表示第一透镜的焦距。满足上述条件式（5）和（6），有利于控制第一透镜的面型，合理控制光线进入镜头的入射角，进而实现对整体进光量的控制。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0°/mm<|θ11/R11+θ12/R12|<0.050°/mm；（7）

其中，θ11表示最大视场主光线在第一透镜的物侧面上的入射角度，θ12表示最大视场主光线在第一透镜的像侧面上的出射角度，R11表示第一透镜的物侧面的曲率半径，R12表示第一透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式（7），有利于控制光线在第一透镜的入射角，降低第一透镜的公差敏感度。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-0.01mm

其中，h表示最大视场主光线与第四透镜的物侧面的交点高度，Φ4表示第四透镜的光焦度，Φ5表示第五透镜的光焦度，Vd4表示第四透镜的阿贝数，Vd5表示第五透镜的阿贝数。满足上述条件式（8），有利于消除镜头的二级色差，减小成像系统的轴上色差和垂轴色差。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

2

2.5

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：

0.1

其中，SAG71表示第七透镜的物侧面的矢高，SAG72表示第七透镜的像侧面的矢高，D71表示第七透镜的物侧面的有效口径，D72表示第七透镜的像侧面的有效口径。满足上述条件式（11），能够使第七透镜的面型较平滑，减小边缘光线的入射角，有利于降低该透镜的加工偏芯和倾斜对成像质量的影响，降低第七透镜的敏感度。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

6mm/rad

其中，FOV表示光学成像镜头的最大视场角，单位为弧度，IH表示光学成像镜头最大视场对应的像高。满足上述条件式（12），有利于控制像高和成像镜头的焦距。

在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜均为玻璃透镜。

作为一种实施方式，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。具体地，第二透镜、第七透镜采用玻璃非球面镜片，第一透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜采用玻璃球面镜片，第三透镜可以是玻璃球面或者非球面镜片，采用这种球面和非球面镜片混合搭配的方式，能够使系统具有更优秀的成像效果。

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，所示为本发明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。

第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1为凹面，其像侧面S2为凸面；

第二透镜L2具有负光焦度，其物侧面S3为凸面，其像侧面S4为凹面；

第三透镜L3具有正光焦度，其物侧面S5为凹面，其像侧面S6为凸面；

第四透镜L4具有正光焦度，其物侧面S7和像侧面均为凸面；

第五透镜L5具有负光焦度，其物侧面和像侧面S9均为凹面，且第四透镜L4和第五透镜L5组成粘合体，第四透镜的像侧面和第五透镜的物侧面组成粘合面S8；

第六透镜L6具有正光焦度，其物侧面S10和像侧面S11均为凸面；

第七透镜L7具有负光焦度，其物侧面S12为凸面，其像侧面S13为凹面。

其中，第二透镜L2、第三透镜L3和第七透镜L7均为玻璃非球面镜片，第一透镜L1、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6均为玻璃球面镜片。

本实施例提供的光学成像镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示。

表1

本实施例中的光学成像镜头100中的第二透镜L2、第三透镜L3、第七透镜L7的各非球面的面型系数如表2所示。

表2

在本实施例中，光学成像镜头100的MTF曲线图、轴向色差图、垂轴色差图分别如图2、图3、图4所示。

由图2可知，光学成像镜头100在50lp/mm时MTF值大于0.7，在100lp/mm时MTF值大于0.55，且在线对数为0~100lp/mm的范围内，从零视场至最大视场的过程中MTF曲线均匀平滑下降，说明该镜头在低频和高频情况下都具有良好的成像品质，具有良好的细节分辨能力。

由图3可知，镜头的单波长的轴向色差最大不超过0.025mm，两个不同波长之间的差值不超过0.03mm，说明光学成像镜头100在光瞳边缘位置的轴向色差得到良好的矫正。

由图4可知，镜头的最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±4μm以内，说明光学成像镜头100具有良好的色差矫正能力。

第二实施例

请参阅图5，所示为本发明第二实施例提供的光学成像镜头200的结构示意图，本实施例中光学成像镜头200与第一实施例中的光学成像镜头100的结构大致相同，不同之处在于：光学成像镜头200的第一透镜的物侧面S1为接近平面的凹面（平面可视为曲率半径为无穷大的球面），第三透镜的物侧面S5为凸面，第四透镜的物侧面S7为凹面，第五透镜的像侧面S9为凸面，第三透镜L3为玻璃球面镜片，以及各镜片间间隔、曲率半径、圆锥系数、材质等参数有所差异；其中，将透镜的某个面设为平面能够使系统的公差更好，且平面易于加工，良率高，便于生产。

本发明实施例提供的光学成像镜头200的各透镜的相关参数如表3所示。

表3

本实施例中的光学成像镜头200中的第二透镜L2、第七透镜L7的各非球面的面型系数如表4所示。

表4

在本实施例中，光学成像镜头200的MTF曲线图、轴向色差图、垂轴色差图分别如图6、图7、图8所示。

由图6可知，光学成像镜头200在50lp/mm时MTF值大于0.7，在100lp/mm时MTF值大于0.4，且在线对数为0~100lp/mm的范围内，从零视场至最大视场的过程中MTF曲线均匀平滑下降，说明该镜头在低频和高频情况下都具有良好的成像品质，具有良好的细节分辨能力。

由图7可知，镜头的单波长的轴向色差最大不超过0.03mm，说明光学成像镜头200在光瞳边缘位置的轴向色差得到良好的矫正。

由图8可知，镜头的最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±4μm以内，说明光学成像镜头200具有良好的色差矫正能力。

第三实施例

请参阅图9，所示为本发明第三实施例提供的光学成像镜头300的结构示意图，本实施例中光学成像镜头300与第一实施例中的光学成像镜头100的结构大致相同，不同之处在于：光学成像镜头300中的第四透镜的物侧面S7为平面，第五透镜的像侧面S9为凸面，第七透镜的物侧面S12在近光轴为凸面，远离光轴处为凹面，第三透镜L3为玻璃球面镜片，以及各镜片间间隔、曲率半径、圆锥系数、材质等参数有所差异。

本发明实施例提供的光学成像镜头300的各透镜的相关参数如表5所示。

表5

本实施例中的光学成像镜头300中的第二透镜L2、第七透镜L7的各非球面的面型系数如表6所示。

表6

在本实施例中，光学成像镜头300的MTF曲线图、轴向色差图、垂轴色差图分别如图10、图11、图12所示。

由图10可知，光学成像镜头300在50lp/mm时MTF值大于0.65，在100lp/mm时MTF值大于0.4，且在线对数为0~100lp/mm的范围内，从零视场至最大视场的过程中MTF曲线均匀平滑下降，说明该镜头在低频和高频情况下都具有良好的成像品质，具有良好的细节分辨能力。

由图11可知，镜头的单波长的轴向色差最大不超过0.02mm，说明光学成像镜头300在光瞳边缘位置的轴向色差得到良好的矫正。

由图12可知，镜头的最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±4μm以内，说明光学成像镜头300具有良好的色差矫正能力。

表7是上述三个实施例及其对应的光学特性，主要包括成像镜头的最大视场角FOV、光学总长TTL、焦距f以及与所述实施例中每个条件式对应的数值。

表7

综上所述，本发明提供的光学成像镜头采用七片具有特定形状的玻璃材质镜片，并且通过合理分配各透镜的光焦度、面型、中心厚度以及轴上间距等，使镜头具有长焦性能以及较小的畸变，从而能够实现在较远距离内的高清成像；同时该光学成像镜头还具有较大的光圈，能够满足较暗环境的成像需求。

第四实施例

请参阅图13，所示为本发明第四实施例提供的成像设备400，该成像设备400可以包括成像元件410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410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400可以是车载摄像设备、手机、平板电脑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400包括光学成像镜头100，由于光学成像镜头100具有长焦距、大光圈及成像品质高的优点，具有该光学成像镜头100的成像设备400也具有长焦距、大光圈及成像品质高的优点。

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。