光学镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及光学镜头技术领域，特别是涉及一种光学镜头及成像设备。

背景技术

随着计算机网络技术、智能控制技术等信息技术的不断发展，智能化的概念开始逐渐渗透到影像设备行业，以运动相机、航拍无人机、全景相机等设备为代表的智能影像设备行业开始快速发展。全景镜头技术在机器视觉、管道探测、医学内窥检查、周视监测等方面有着非常重要的意义，在航空、国 防、民用、医学等领域有着广泛的应用前景。从成本的角度来看，全景摄像机的成本往往是传统摄像机的5~10倍。而在实际使用中，数量多且灵活的点位部署既能解决场景的全覆盖，又能清晰地完成对重点场景的监控。这就使得全景摄像机在实际项目中控标的意义在很大程度上大于实际的使用意义。

现有技术的全景镜头多采用带玻璃镜片和塑料镜片的玻塑混合镜头，玻塑混合镜头能够有效修正系统色差、提高光学镜头的进光量和成像清晰度，在机器视觉、管道探测、医学内窥检查、周视监测等方面有着非常重要的意义，在航空、国防、民用、医学等领域有着广泛的应用前景。

玻塑混合镜头一般采用玻璃镜片替代镜头中的一部分塑胶镜片，目前比较主流的做法是6片塑胶镜片搭配2片玻璃镜片。玻塑混合镜头与全塑料镜头相比有更高的透光率和更稳定的化学性能，能够改善在不同明暗度下的成像效果，是未来镜头的发展趋势。如何设计出结构紧凑、大光圈、大视场角和高像素均衡的玻塑混合镜头是当前亟需解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题之一，本发明提供了一种光学镜头及成像设备。

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镜头，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，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；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；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的像侧面在近光轴处为凸面；光阑；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面为凹面；具有负光焦度的第六透镜；具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜的像侧面为凹面且至少有一个反曲点；具有负光焦度的第八透镜，所述第八透镜的物侧面为凸面且至少有一个反曲点，所述第八透镜的像侧面为凹面且至少有一个反曲点；其中，所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜均为塑胶非球面镜片，所述第一透镜和所述第三透镜为玻璃球面镜片；所述光学镜头满足以下条件式：1.8

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镜头，所述成像元件用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号。

本发明提供的光学镜头及成像设备，采用2片玻璃镜片和6片塑胶镜片组成，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头结构紧凑，具有大光圈和高像素；同时通过合理地选取第一透镜和第三透镜的玻璃材料来矫正像差，使镜头具有超高像素的同时，结构紧凑，可进行大视场角成像。

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的光学镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的光学镜头的f-θ畸变曲线图；

图3为本发明第一实施例的光学镜头的近轴场曲曲线图；

图4为本发明第一实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图；

图5为本发明第二实施例的光学镜头的结构示意图；

图6为本发明第二实施例的光学镜头的f-θ畸变曲线图；

图7为本发明第二实施例的光学镜头的近轴场曲曲线图；

图8为本发明第二实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图；

图9为本发明第三实施例的光学镜头的结构示意图；

图10为本发明第三实施例的光学镜头的f-θ畸变曲线图；

图11为本发明第三实施例的光学镜头的近轴场曲曲线图；

图12为本发明第三实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

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镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及保护玻璃。

其中，光学镜头中的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，第三透镜的像侧面在近光轴处为凸面；

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的像侧面为凸面；

第五透镜具有正光焦度，第五透镜的像侧面为凹面；

第六透镜具有负光焦度；

第七透镜具有正光焦度，第七透镜的像侧面为凹面且具有至少一个反曲点；

第八透镜具有负光焦度，第八透镜的物侧面为凸面且至少有一个反曲点，第八透镜的像侧面为凹面且至少有一个反曲点。

上述透镜中，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜均为塑胶非球面镜片，第一透镜和第三透镜均为玻璃镜片。本发明通过将玻璃与塑胶材料混合搭配，合理利用各透镜的面型及光焦度达到良好的性能，使其结构紧凑，具有大光圈、视场角大和高像素均衡等优点。

其中，光学镜头满足以下条件式：

1.8

其中，f表示光学镜头的有效焦距，EPD表示光学镜头的入瞳直径，满足上述条件（1）时，表明该光学镜头具有大光圈的特性，特点是当镜头在黑夜中成像时，可降低光线太弱带来噪点的影响，从而提高成像质量，使得该光学镜头能够满足在不同光通量情况下的成像需求。在一个可选的实施例中，可以使光学镜头进一步满足以下条件式：2.2

在一些实施例中，光学镜头满足以下条件式：

0

其中，IH表示所述光学镜头的实际半像高。满足上述条件（2）时，可以在满足大视场角的情况下，有效缩小镜头尺寸。

在一些实施例中，光学镜头满足以下条件式：

-1

2.7<(Nd2/Nd3)*f<3；（4）

其中，f表示光学镜头的有效焦距，f2表示第二透镜的焦距，f3表示第三透镜的焦距，Nd2表示第二透镜的折射率，Nd3表示第三透镜的折射率。满足上述条件式（3）、（4）时，其中第二透镜为负透镜，会产生正球差；而第三透镜为正透镜，产生负球差，两透镜所产生的正负球差相互平衡，从而更好地减小球差造成的影响，提高成像质量。此外，负透镜具有高色散，而正透镜具有低色散，两者会产生可以相互抵消的轴向色差，平衡轴向色差带来的影响，实现高质量成像。

在一些实施例中，光学镜头满足以下条件式：

0.05

其中，CT23表示第二透镜到第三透镜在光轴上的空气间隙，TTL表示第一透镜的物侧面到光学镜头的成像面在光轴上的距离。满足上述条件式（5）时，对第二透镜到第三透镜在光轴上的空气间隙进行合理分配，同时使第二透镜到第三透镜的光线偏折趋于缓慢，从而降低系统敏感度，提升制造良率。

在一些实施例中，光学镜头满足以下条件式：

0.25

1.4

其中，CT3表示第三透镜的中心厚度，DM2表示第二透镜的有效口径，DM3表示第三透镜的有效口径。满足条件式（6）和（7），通过控制第二透镜的有效口径与第三透镜有效口径的比值并限定在特定范围内，并通过控制第三透镜的中心厚度及有效口径的比值来控制第三透镜的弯曲形状，能够有效减缓光线的转折趋势，可有效校正轴外视场的像差和畸变，促使镜头高品质成像。

在一些实施例中，光学镜头满足以下条件式：

1.4<(R61-R62)/(R61+R62)<1.5；（8）

其中，R61表示第六透镜物侧面的曲率半径，R62表示第六透镜像侧面的曲率半径。满足上述条件式（8）时，控制第六透镜的物侧面及像侧表面近光轴处的面形，从而减缓第六透镜形状变化，减少该光学镜头杂散光的产生，实现广角镜头高品质成像，且增加光学镜头制造良率。

在一些实施例中，光学镜头满足以下条件式：

1<(YR81+YR82)/IH<1.2；（9）

其中，YR81表示第八透镜物侧面上反曲点与光轴的垂直距离，YR82表示第八透镜像侧面上反曲点与光轴的垂直距离，IH表示光学镜头的实际半像高。满足上述条件式（9）时，可控制第八透镜的物侧面和像侧面上所设置反曲点的位置，从而加强轴外视场的慧差矫正，并很好地收敛场曲，控制像差，提升光学镜头成像品质。

在一些实施例中，光学镜头满足以下条件式：

(FOV*f)/IH≥61rad；（10）

其中，FOV表示光学镜头的最大视场角度，单位为弧度（rad），f表示光学镜头的有效焦距，IH表示光学镜头的实际半像高。满足上述条件式（10）时，可保证对镜头的大视场角的需求，有助于该光学镜头实现大角度扫描的效果。

在一些实施例中，光学镜头满足以下条件式：

1.5

2

其中，f表示光学镜头的焦距，R51表示第五透镜物侧面的曲率半径，R52表示第五透镜像侧面的曲率半径。满足上诉条件式（11）和（12），能够合理控制第五透镜的面型，减缓光线的曲折度，同时有效校正光学镜头的光学畸变。

在一些实施例中，光学镜头满足以下条件式：

0.65<|θ

其中，θ

作为一种实施方式，采用两片玻璃球面镜片和六片塑胶非曲面镜片的玻塑混合搭配结构，使得光学镜头结构紧凑，具有大光圈及高像素。其中，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜均为塑胶非球面镜片，可以有效降低成本，修正像差。第一透镜和第三透镜为玻璃球面镜片，通过玻璃自身低色散的特点，有效矫正了光学镜头的几何色差，使镜头具有超高像素的同时，可进行大视场角成像。

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表示在高度为h的位置时非球面距离非球面顶点在光轴方向的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为二次曲面系数，A

第一实施例

参阅图1所示为本发明第一实施例中提供的光学镜头100的结构示意图，该光学镜头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、第三透镜L3、光阑ST、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8以及保护玻璃G1。

第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜L1的物侧面S1为凸面，第一透镜L1的像侧面S2为凹面；

第二透镜L2具有负光焦度，第二透镜L2的物侧面S3为凸面，第二透镜L2的像侧面S4为凹面；

第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜L3的物侧面S5为凹面，第三透镜L3的像侧面S6为凸面；

第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜L4的物侧面S7为凸面，第四透镜L4的像侧面S8为凸面；

第五透镜L5具有正光焦度，第五透镜L5的物侧面S9为凸面且至少有一个反曲点，第五透镜L5的像侧面S10为凹面；

第六透镜L6具有负光焦度，第六透镜L6的物侧面S11为凸面，第六透镜L6的像侧面S12为凸面；

第七透镜L7具有正光焦度，第七透镜L7的物侧面S13为凹面，第七透镜L7的像侧面S14为凹面且具有至少一个反曲点；

第八透镜L8具有负光焦度，第八透镜L8的物侧面S15为凸面且至少有一个反曲点，第八透镜L8的像侧面S16为凹面且至少有一个反曲点。

上述透镜中，第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8均为塑胶非球面镜片，第一透镜L1和第三透镜L3均为玻璃球面镜片。

具体的，本实施例提供的光学镜头100中各透镜的设计参数如表1所示。

表1

本实施例中，光学镜头100中各个透镜的非球面参数如表2所示。

表2

图2、图3以及图4所示分别为光学镜头100的f-θ畸变曲线图、近轴场曲曲线图和垂轴色差曲线图。

图2示出了第一实施例的f-θ畸变曲线，其表示在成像面上不同像高处的f-θ畸变，横轴表示f-θ畸变(单位：%)，纵轴表示半视场角(单位：°)。从图2中可以看出光学畸变控制在15%以内，说明光学镜头100的畸变得到良好的矫正。

图3示出了第一实施例的近轴场曲曲线，其表示光线的弯曲程度，横轴表示偏移量(单位：mm)，纵轴表示半视场角(单位：°)。从图3中可以看出场曲控制在±0.2mm以内，说明光学镜头100的场曲矫正较好。

图4示出了第一实施例的垂轴色差曲线，其表示各波长的垂轴色差，横轴表示各波长的垂轴色差值(单位：μm)，纵轴表示归一化视场角。从图4中可以看出不同波长处的垂轴色差均控制在±3.5μm以内，说明光学镜头100的垂轴色差得到良好的矫正。

总的来说，从图2、图3、图4可以看出光学镜头100的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。

第二实施例

如图5所示为本实施例提供的光学镜头200的结构示意图，本实施例的光学镜头200与上述第一实施例中光学镜头100的结构大致相同，具体参见第一实施例的描述，在此不再赘述。本实施例的光学镜头200与光学镜头100不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。

具体的，本实施例提供的光学镜头200的设计参数如表3所示。

表3

本实施例中，光学镜头200中各个透镜的非球面参数如表4所示。

表4

图6、图7和图8所示分别为光学镜头200的f-θ畸变曲线图、近轴场曲曲线、垂轴色差曲线图。

图6示出了第二实施例的f-θ畸变曲线，其表示在成像面上不同像高处的f-θ畸变，横轴表示f-θ畸变(单位：%)，纵轴表示半视场角(单位：°)。从图6中可以看出光学畸变控制在10%以内，说明光学镜头200的畸变得到良好的矫正。

图7示出了第二实施例的近轴场曲曲线，其表示光线的弯曲程度，横轴表示偏移量(单位：mm)，纵轴表示半视场角(单位：°)。从图7中可以看出场曲控制在±0.05mm以内，说明光学镜头200的场曲矫正较好。

图8示出了第二实施例的垂轴色差曲线，其表示各波长的垂轴色差，横轴表示各波长的垂轴色差值(单位：μm)，纵轴表示归一化视场角。从图8中可以看出不同波长处的垂轴色差均控制在±3.1μm以内，说明光学镜头200的垂轴色差得到良好的矫正。

总的来说，从图6、图7、图8可以看出光学镜头200的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。

第三实施例

如图9所示为本实施例提供的光学镜头300的结构示意图，本实施例的光学镜头300与上述第一实施例的光学镜头100的结构大致相同，具体参见第一实施例的描述，在此不再赘述。本实施例的光学镜头300与光学镜头100不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。

具体的，本实施例提供的光学镜头300的设计参数如表5所示。

表5

本实施例中，光学镜头300中各个透镜的非球面参数如表6所示。

表6

图10、图11和图12所示分别为光学镜头300的f-θ畸变曲线图、近轴场曲曲线图和垂轴色差曲线图。

图10示出了第三实施例的f-θ畸变曲线，其表示在成像面上不同像高处的f-θ畸变，横轴表示f-θ畸变(单位：%)，纵轴表示半视场角(单位：°)。从图10中可以看出光学畸变控制在10%以内，说明光学镜头300的畸变得到良好的矫正。

图11示出了第三实施例的近轴场曲曲线，其表示光线的弯曲程度，横轴表示偏移量(单位：mm)，纵轴表示半视场角(单位：°)。从图11中可以看出近轴场曲控制在±0.07mm以内，说明光学镜头300的场曲矫正较好。

图12示出了第三实施例的垂轴色差曲线，其表示各波长的垂轴色差，横轴表示各波长的垂轴色差值(单位：μm)，纵轴表示归一化视场角。从图12中可以看出不同波长处的垂轴色差均控制在±3.5μm以内，说明光学镜头300的垂轴色差得到良好的矫正。

总的来说，从图10、图11、图12可以看出光学镜头300的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。

表7所示为上述三个实施例中提供的光学镜头分别对应的光学特性，包括光学镜头的视场角2θ、第一透镜的物侧面到光学镜头的成像面在光轴上的距离TTL、入瞳直径EPD、实际半像高IH、有效焦距f以及与前述的每个条件式对应的相关数值。

表7

从以上各个实施例的畸变曲线、场曲曲线以及垂轴色差曲线图可以看出，本发明各实施例提供的镜头具有大光圈、高像素、低敏感性和视场角大等优点，同时具有良好的解像力。

与现有技术相比，本发明提供的玻塑混合光学镜头至少具有以下优点：

（1）可有效降低镜头厚度。由于玻璃的透光性更好、折射率更高，本发明提供的光学镜头中采用2片玻璃镜片和6片塑胶镜片，且透光率及光学性能以及成像质量比目前主流的光学镜头更优秀，实现了镜头高像素与大视场角的均衡。

（2）可实现更多层镀膜优化。目前塑胶镜片镀膜大多采用高温工艺，在这种工艺下塑胶镜片产生形变的可能性更大，导致良率较低，通常镀膜不超过5层；而玻璃镜片耐高温能力较强，可实现更多层镀膜用于控制反射和炫光，进一步提升了光学成像质量。

综上所述，本发明提供的光学镜头，采用八片玻塑混合镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头结构紧凑，具有大光圈、高像素及大视场角；同时通过合理地选取第一透镜与第三透镜的玻璃材料再加上使用非球面合理矫正像差，使镜头具有超高像素的同时更好的满足了全景镜头的大视场角的使用需求。

第四实施例

本发明第四实施例提供一种成像设备，该成像设备可以包括成像元件和上述任一实施例中的光学镜头，成像元件用于将光学镜头形成的光学图像转换为电信号。成像元件可以是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上述光学镜头的电子设备。

本实施例提供的成像设备包括上述的光学镜头，由于上述光学镜头具有结构紧凑、大光圈、高像素及大视场角的优点，具有该光学镜头的成像设备也具有结构紧凑、大光圈、高像素及大视场角的优点。

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。