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，必须考虑镜头在高低温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供一种光学成像镜头及成像设备，至少具有大光圈、高相对照度、高分辨率及高成像品质的优点。

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：光阑；具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凹面，所述第一透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面、平面或凸面，所述第二透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凹面，且所述第四透镜和所述第五透镜胶合为粘合体；具有正光焦度的第六透镜；具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面，且所述第七透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点；所述光学成像镜头满足以下条件式：2.95

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及成像设备，通过合理的搭配七片具有特定形状与光焦度的镜片，使镜头在高低温环境下依旧有良好成像表现；同时由于光阑的位置及各透镜的面型设置合理，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的光学成像镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的光学成像镜头的MTF图；

图3为本发明第一实施例的光学成像镜头的垂轴色差图；

图4为本发明第一实施例的光学成像镜头的相对照度图；

图5为本发明第二实施例的光学成像镜头的结构示意图；

图6为本发明第二实施例的光学成像镜头的MTF图；

图7为本发明第二实施例的光学成像镜头的垂轴色差图；

图8为本发明第二实施例的光学成像镜头的相对照度图；

图9为本发明第三实施例的光学成像镜头的结构示意图；

图10为本发明第三实施例的光学成像镜头的MTF图；

图11为本发明第三实施例的光学成像镜头的垂轴色差图；

图12为本发明第三实施例的光学成像镜头的相对照度图；

图13为本发明第四实施例的光学成像镜头的结构示意图；

图14为本发明第四实施例的光学成像镜头的MTF图；

图15为本发明第四实施例的光学成像镜头的垂轴色差图；

图16为本发明第四实施例的光学成像镜头的相对照度图；

图17为本发明第五实施例的光学成像镜头的结构示意图；

图18为本发明第五实施例的光学成像镜头的MTF图；

图19为本发明第五实施例的光学成像镜头的垂轴色差图；

图20为本发明第五实施例的光学成像镜头的相对照度图；

图21为本发明第六实施例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：光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及滤光片。

其中，第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面为凹面，第一透镜的像侧面为凸面；

第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凹面、平面或凸面，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，且第四透镜和第五透镜胶合为粘合体；

第六透镜具有正光焦度；

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，第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面，且第七透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点；

光阑位于所述光学成像镜头的最前端，有利于在保证大光圈的条件下减小前端口径，从而实现前端口径小型化的目的。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

2.95

其中，f表示所述光学成像镜头的焦距，IH表示所述光学成像镜头在半视场时对应的像高。满足条件式（1）时，可以使镜头具有长焦性能，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。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-4.5

2

0

其中，f1表示第一透镜的焦距，f2表示第二透镜的焦距，f6表示第六透镜的焦距，f表示所述光学成像镜头的焦距。满足上述条件式（2）至（4），有利于合理分配各透镜的光焦度，从而达到较好的像差平衡，提高镜头的成像质量。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0<(D1+D2)/TTL<1；（5）

其中，D1表示第一透镜的最大通光口径，D2表示第二透镜的最大通光口径，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足上述条件式（5），有利于控制成像镜头的前端口径，实现大光圈和高相对照度的同时保证镜头前端体积较小。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-0.1

-2

其中，SAG11表示第一透镜的物侧面的矢高，D1表示第一透镜的最大通光口径，R11表示第一透镜的物侧面的曲率半径，f表示所述光学成像镜头的焦距。满足上述条件式（6）和（7），使第一透镜的面型较为平滑，有利于控制光线在第一透镜物侧面的入射角度，从而减小公差敏感度。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

7.5mm/rad

其中，FOV表示所述光学成像镜头的最大视场角，单位为弧度，IH表示所述光学成像镜头在半视场时对应的像高。满足上述条件式（8），有利于控制像高和所述光学成像镜头的畸变。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

-5<Φ1/Φ2+Φ6/Φ7<-1；（9）

其中，Φ1表示第一透镜的光焦度，Φ2表示第二透镜的光焦度，Φ6表示第六透镜的光焦度，Φ7表示第七透镜的光焦度。满足上述条件式（9），通过各透镜正负光焦度配合，有利于减小场曲。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0

其中，CT34表示第三透镜与第四透镜在光轴上的空气间隔，TTL表示所述光学成像镜头的光学总长。满足上述条件式（10），有利于控制第三透镜和第四透镜之间的空气间隔，合理的间隔有利于提高光学系统的整体解像。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

0.1

其中，SAG61表示第六透镜的物侧面的矢高，SAG62表示第六透镜的像侧面的矢高，R61表示第六透镜的物侧面的曲率半径，R62表示第六透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式（11），通过合理控制第六透镜非球面面型，有利于矫正边缘视场色差和畸变。

在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：

1

-6

其中，ET7表示第七透镜的边缘厚度，CT7表示第七透镜的中心厚度，YR71表示第七透镜的物侧面上反曲点与光轴的垂直距离，SAG71表示第七透镜的物侧面的矢高。满足以上条件式（12）和（13），能够合理控制第七透镜的非球面面型形状，有利于矫正光学系统的像散和畸变。

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。

本发明中各个实施例中光学成像镜头的非球面的表面形状均满足下列方程：

其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示曲面顶点的曲率，K表示二次曲面系数，h表示光轴到曲面的距离，B、C、D、E和F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数。

第一实施例

请参阅图1，所示为本发明第一实施例中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：光阑ST、第一透镜L1、第二透镜L2、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、滤光片G1以及保护玻璃G2。

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

第二透镜L2具有正光焦度，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S8和像侧面S9均为凹面，且第四透镜L4和第五透镜L5组成胶合透镜组；

第六透镜L6具有正光焦度，第六透镜的物侧面S10为凸面，第六透镜的像侧面S11为凹面；

第七透镜L7具有负光焦度，第七透镜的物侧面S12在近光轴处为凸面，远离光轴处为凹面，第七透镜的像侧面S13近光轴处为凹面，第七透镜的物侧面S12和像侧面S13具有至少一个反曲点；

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

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中的第一透镜L1、第六透镜L6、第七透镜L7的各非球面的面型系数如表2所示。

表2

本实施例提供的光学成像镜头100的MTF图、垂轴色差图、相对照度图分别如图2、图3、图4所示。

由图2可知，本实施例的光学成像镜头100在100lp/mm（周期/毫米）时MTF值大于0.5，在200lp/mm时MTF值大于0.25，且在线对数为0~200lp/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，说明该光学成像镜头100在低频和高频情况下都具有良好的成像素质，具有良好的细节分辨能力。

由图3可知，在450nm-650nm的波长范围内，垂轴色差在±3μm内，说明该光学成像镜头100具有良好的色差矫正能力。

由图4可知，在最大视场范围内，光学成像镜头100的相对照度RI大于80%，说明该光学成像镜头100的成像相对照度高，在各视场成像良好。

第二实施例

请参阅图5，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，第二透镜的物侧面S3为平面，以及各透镜的曲率半径、厚度、折射率等参数不同。

具体本实施例提供的光学成像镜头200的各镜片相关参数如表3所示。

表3

本实施例中的光学成像镜头200中的各非球面的面型系数如表4所示。

表4

本实施例提供的光学成像镜头200的MTF图、垂轴色差图、相对照度图分别如图6、图7、图8所示。

由图6可知，本实施例的光学成像镜头200在100lp/mm时MTF值大于0.55，在200lp/mm时MTF值大于0.3，且在线对数为0~200lp/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，说明该光学成像镜头200在低频和高频情况下都具有良好的成像素质，具有良好的细节分辨能力。

由图7可知，在450nm-650nm的波长范围内，垂轴色差±3μm内，说明该光学成像镜头200具有良好的色差矫正能力。

由图8可知，在最大视场范围内，光学成像镜头成像200的相对照度RI大于80%，说明该光学成像镜头200的成像相对照度高，在各视场成像良好。

第三实施例

请参阅图9，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，第二透镜的物侧面S3为凸面，以及各透镜的曲率半径、厚度、折射率等参数不同。具体本实施例提供的光学成像镜头300的各镜片相关参数如表5所示。

表5

本实施例中的光学成像镜头300中的各非球面的面型系数如表6所示。

表6

本实施例提供的光学成像镜头300的MTF图、垂轴色差图、相对照度图分别如图10、图11、图12所示。

由图10可知，本实施例的光学成像镜头300在100lp/mm时MTF值大于0.5，在200lp/mm时MTF值大于0.3，且在线对数为0~200lp/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，说明该光学成像镜头300在低频和高频情况下都具有良好的成像素质，具有良好的细节分辨能力。

由图11可知，在450nm-650nm的波长范围内，垂轴色差在±2.2μm内，说明该光学成像镜头300具有良好的色差矫正能力。

由图12可知，在最大视场范围内，光学成像镜头300的成像相对照度RI大于80%，说明该光学成像镜头300的成像相对照度高，在各视场成像良好。

第四实施例

请参阅图13，本发明第四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，第六透镜的物侧面S10为凹面，第六透镜的像侧面S11为凸面，以及各透镜的曲率半径、厚度、折射率等参数不同。具体本实施例提供的光学成像镜头400的各镜片相关参数如表7所示。

表7

本实施例中的光学成像镜头400中的各非球面的面型系数如表8所示。

表8

本实施例提供的光学成像镜头400的MTF图、垂轴色差图、相对照度图分别如图14、图15、图16所示。

由图14可知，本实施例的光学成像镜头400在100lp/mm时MTF值大于0.55，在200lp/mm时MTF值大于0.3，且在线对数为0~200lp/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，说明该光学成像镜头400在低频和高频情况下都具有良好的成像素质，具有良好的细节分辨能力。

由图15可知，在450nm-650nm的波长范围内，垂轴色差在±1.7μm内，说明该光学成像镜头400具有良好的色差矫正能力。

由图16可知，在最大视场范围内，光学成像镜头400的成像相对照度RI大于75%，说明该光学成像镜头400的成像相对照度高，在各视场成像良好。

第五实施例

请参阅图17，本发明第五实施例提供的光学成像镜头500的结构示意图，本实施例的光学成像镜头500与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于，第六透镜的物侧面S10为凸面，第六透镜的像侧面S11为凸面，以及各透镜的曲率半径、厚度、折射率等参数不同。

具体本实施例提供的光学成像镜头500的各镜片相关参数如表9所示。

表9

本实施例中的光学成像镜头500中的各非球面的面型系数如表10所示。

表10

本实施例提供的光学成像镜头500的MTF图、垂轴色差图、相对照度图分别如图18、图19、图20所示。

由图18可知，本实施例的光学成像镜头500在100lp/mm时MTF值大于0.6，在200lp/mm时MTF值大于等于0.4，且在线对数为0~200lp/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，说明该光学成像镜头500在低频和高频情况下都具有良好的成像素质，具有良好的细节分辨能力。

由图19可知，在450nm-650nm的波长范围内，垂轴色差在±1.7μm内，说明该光学成像镜头500具有良好的色差矫正能力。

由图20可知，在最大视场范围内，光学成像镜头500的成像相对照度RI大于等于80%，说明该光学成像镜头500的成像相对照度高，在各视场成像良好。

表11是上述五个实施例对应的光学特性，主要包括各光学成像镜头的最大视场角FOV、光学总长TTL、焦距f、光圈数F#以及前面所述每个条件式对应的数值。

表11

第六实施例

请参阅图21，所示为本发明第六实施例提供的成像设备600，该成像设备600可以包括成像元件610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610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600可以是车载相机、监控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600包括光学成像镜头100，由于光学成像镜头100具有大光圈、高相对照度、高分辨率及高成像品质的优点，具有该光学成像镜头100的成像设备600也具有大光圈、高相对照度、高分辨率及高成像品质的优点。

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。