光学成像镜头及成像设备的制作方法

文档序号:30560196发布日期:2022-06-29 03:37阅读:193来源:国知局
光学成像镜头及成像设备的制作方法

1.本发明涉及一种光学镜头技术领域,特别涉及一种光学成像镜头及成像设备。


背景技术:

2.随着感光耦合元件(ccd)或互补性氧化金属半导体元件(cmos)等常用感光元件性能的提高及尺寸的减小,使得感光元件的性能提高及尺寸减小,从而对于相配套的镜头的高成像品质提出了更高的要求。
3.近几年,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上都开始快速发展起来,而车载镜头作为自动驾驶辅助系统的关键部件也迎来了较快发展。车载镜头的高成像质量和可靠性越来越被汽车厂家所考虑。
4.车载镜头作为汽车获取外界环境信息不可缺少的媒介,对于车载镜头数量的需求也越来越大,降低车载镜头成本以及提高成像品质成为汽车行业的迫切需求。传统高像质的车载镜头为了提升成像品质,采用添加镜片或者使用玻璃非球面的方式。然而,添加镜片或者是添加非球面玻璃镜片都将大大提高生产成本,为了降低成本,塑胶镜片替代玻璃镜片开始成为趋势。但是,塑胶镜片对温度的高敏感性使得玻塑材质混合的镜头性能在温度变化时呈现不确定性和不稳定性,这对于安全驾驶的车载系统来说是不可接受的。


技术实现要素:

5.为了解决上述问题之一,本发明提出了一种光学成像镜头及成像设备。
6.第一方面,本发明提供一种光学成像镜头,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、第五透镜和第六透镜;所述第一透镜具有负光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凹面;所述第二透镜具有负光焦度,其物侧面为凹面,像侧面为凸面;所述第三透镜具有正光焦度,其物侧面和像侧面均为凸面;所述第四透镜具有正光焦度,其物侧面和像侧面均为凸面;所述第五透镜具有负光焦度,其物侧面和像侧面均为凹面;所述第六透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面近轴区为凸面,像侧面远轴区为凹面;所述光阑位于所述第二透镜和所述第三透镜中间;其中,所述第四透镜和所述第五透镜组成粘合体。
7.第二方面,本发明还提供一种成像设备,包括上述的光学成像镜头以及成像元件,所述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。
8.本发明提供一种光学成像镜头及成像设备,与现有结构相比,本发明的光学成像镜头通过合理分配塑胶镜片及粘合体的焦距和材料,有利于减小温度对镜头整体热焦移的影响,使得光学成像镜头在-40℃~105℃的温度范围内成像性能稳定,镜头性能对温度不敏感。此外,通过对透镜参数的控制,使得光学成像镜头在450nm~650nm的波长范围内,色差矫正良好。另外,本发明的光学成像镜头采用玻塑混合的结构,可以实现低生产成本。本发明的光学成像镜头还能实现高分辨率,可匹配分辨率为500万像素的芯片。因此,本发明中的光学成像镜头至少具有低色散、高低温情况下性能稳定和高成像质量的优点。
附图说明
9.图1为本技术第一实施例中光学成像镜头的结构示意图;图2为本技术第一实施例中光学成像镜头的轴上色差图;图3为本技术第一实施例中光学成像镜头在105℃时的mtf图;图4为本技术第一实施例中光学成像镜头的mtf图;图5为本技术第二实施例中光学成像镜头的结构示意图;图6为本技术第二实施例中光学成像镜头的轴上色差图;图7为本技术第二实施例中光学成像镜头在105℃时的mtf图;图8为本技术第二实施例中光学成像镜头的mtf图;图9为本技术第三实施例中光学成像镜头的结构示意图;图10为本技术第三实施例中光学成像镜头的轴上色差图;图11为本技术第三实施例中光学成像镜头在105℃时的mtf图;图12为本技术第三实施例中光学成像镜头的mtf图。
具体实施方式
10.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案,下面将结合本技术实施例中的附图,对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本技术保护的范围。
11.本发明提供一种光学成像镜头,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、滤光片和保护玻璃;第一透镜具有负光焦度,其物侧面为凸面,像侧面为凹面;第二透镜具有负光焦度,其物侧面为凹面,像侧面为凸面;第三透镜具有正光焦度,其物侧面和像侧面均为凸面;第四透镜具有正光焦度,其物侧面和像侧面均为凸面;第五透镜具有负光焦度,其物侧面和像侧面均为凹面;第六透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面,像侧面近轴区为凸面,像侧面远轴区为凹面;光阑位于第二透镜和第三透镜中间;其中,第四透镜和第五透镜组成粘合体。
12.进一步地,在一些实施例中,光学成像镜头满足条件式:0.2《sag11/d11+sag12/d12《0.6
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(1)其中,sag11和sag12分别表示光学成像镜头第一透镜物侧面和像侧面的矢高,d11和d12分别表示光学成像镜头第一透镜物侧面和像侧面的光学口径。满足条件式(1),有利于控制光学成像镜头第一透镜面型,减小边缘视场像差,提高边缘视场解像。
13.进一步地,在一些实施例中,成像镜头满足条件式:-2/℃《f2*tce2+f6*tce6《0/℃
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(2)1e-5mm/℃《f4*(dn/dt)4+f5*(dn/dt)5《5e-4mm/℃
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(3)其中,tce2和tce6分别表示第二透镜和第六透镜的热膨胀系数(单位为:mm-1
/℃),f2、f4、f5、f6分别表示第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距,(dn/dt)4和(dn/dt)5分别表示第四透镜和第五透镜材料在0~20℃时折射率随温度的变化系数(单位为:1/℃)。满足条件式(2)和(3),有利于合理分配塑胶镜片及粘合体的焦距和材料,有利于减小温度对镜头整体热焦移的影响。在一个优选的实施方式中,参数可以满足条件式-1/℃《f2*
tce2+f6*tce6《0/℃。
14.进一步地,在一些实施例中,光学成像镜头满足条件式:-20《yr62/sag62《300
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(4)其中,yr62表示光学成像镜头第六透镜像侧面反曲点与光轴的垂直距离,sag62表示光学成像镜头第六透镜像侧面的矢高。满足条件式(4),有利于控制光学成像镜头第六透镜反曲点位置和面型,有利于控制边缘视场场曲和畸变。
15.进一步地,在一些实施例中,光学成像镜头满足条件式:2《vd4/vd5+nd4/nd5《3.5
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(5)-2《(r61+r62)/f6《1
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(6)其中,vd4和vd5分别表示光学成像镜头第四透镜和第五透镜材料的阿贝系数,nd4和nd5分别表示光学成像镜头第四透镜和第五透镜材料的折射率,r61和r62分别表示光学成像镜头第六透镜物侧面和像侧面的曲率半径,f6表示光学成像镜头第六透镜的焦距。满足条件式(5),有利于控制光学成像镜头第四透镜、第五透镜的折射率和色散系数,满足条件式(6),有利于控制光学成像镜头第六透镜曲率和光学口径,有利于矫正镜头的轴上色差,有利于提高光学系统整体解像。
16.进一步地,在一些实施例中,光学成像镜头满足条件式:0.5《et2/ct2《1.5
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(7)0.2《et6/ct6《1
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(8)其中,et2和et6分别表示光学成像镜头第二透镜和第六透镜镜片的边缘厚度,ct2和ct6分别表示光学成像镜头第二透镜和第六透镜镜片的中心厚度。满足条件式(7)和(8),有利于控制光学成像镜头塑胶非球面镜片边缘和中心厚度之比,有利于提高生产良率和减小非球面面型的公差敏感度。
17.进一步地,在一些实施例中,光学成像镜头满足条件式:-15
°
/mm《θ21/r21《-1
°
/mm
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(9)-5
°
/mm《θ22/r22《-1
°
/mm
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(10)1
°
/mm《θ61/r61《5
°
/mm
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(11)-1
°
/mm《θ62/r62《0
°
/mm
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(12)其中,θ21、θ22分别表示最大视场光线在光学成像镜头第二透镜物侧面和像侧面的入射角,θ61、θ62分别表示最大视场光线在光学成像镜头第六透镜物侧面和像侧面的入射角,r21和r22分别表示光学成像镜头第二透镜物侧面和像侧面的曲率半径,r61和r62分别表示光学成像镜头物侧面和像侧面的曲率半径。满足条件式(9)、(10)、(11)、(12),有利于控制各视场光线在光学成像镜头第二透镜和第六透镜上的入射角,有利于减小光线在镜头前后两端的曲折程度,减小光束能量损耗,有利于提高镜头相对照度。
18.进一步地,在一些实施例中,光学成像镜头满足条件式:1《(r11+r12)/ct12《3
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(13)其中,r11和r12分别表示光学成像镜头第一透镜物侧面和像侧面的曲率半径,ct12表示光学成像镜头第一透镜和第二透镜在光轴上的镜片空气间隔。满足条件式(13),有利于控制光学成像镜头第一透镜像侧面和第二透镜物侧面的曲率半径,有利于控制第一透镜和第二透镜间隔,合理分配曲率和镜片间隔,有利于降低常出现在第一透镜和第二透
镜间的鬼影能量。
19.进一步地,在一些实施例中,光学成像镜头满足条件式:10mm/rad《ih/hfov《11mm/rad
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(14)其中,ih表示光学成像镜头最大半视场对应的像高,hfov表示光学成像镜头最大半视场,单位为弧度(rad)。满足条件式(14),有利于控制光学成像镜头的光学畸变,能有效减小由畸变带来的成像变形。
20.在以下各个实施例中,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。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述,但不作为对本发明的限定。
21.进一步地,在一些实施例中,第三透镜、第四透镜和第五透镜为玻璃球面镜片,第一透镜为玻璃非球面镜片,第二透镜和第六透镜为塑胶非球面镜片。本发明的光学成像镜头采用塑胶镜片和玻璃镜片搭配构成,具有低生产成本的优点。
22.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表示曲面与曲面顶点在光轴方向的距离,c为半径所对应的曲率,h为径向坐标(其单位和透镜长度单位相同),k为圆锥二次曲线系数。当k小于-1时面形曲线为双曲线,等于-1时为抛物线,介于-1到0之间时为椭圆,等于0时为圆形,大于0时为扁圆形。b、c、d、e、f分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶径向坐标所对应的系数。
23.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: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、滤光片g1以及保护玻璃g2。
24.第一透镜l1具有负光焦度,第一透镜的物侧面s1为凸面,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,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;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近轴区为凸面,远轴区为凹面。
25.其中,第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5均为玻璃球面镜片,第一透镜l1为玻璃非球面镜片,第二透镜l2、第六透镜l6均为塑胶非球面镜片,第四透镜l4和第五透镜l5组成粘合体,光阑st位于第二透镜l2和第三透镜l3之间。
26.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。
27.表1
本实施例中的光学成像镜头100中的第一透镜l1、第二透镜l2、第六透镜l6各非球面的面型系数如表2所示。
28.表2本实施例提供的光学成像镜头100的轴上色差图、105℃对应的mtf 图和mtf图分别如图2、图3、图4所示。
29.图2示出了实施例1的轴上色差曲线,横轴表示轴上色差值(单位:mm),纵轴表示归一化瞳坐标。由图2可知,本实施例光学成像镜头的轴上色差值小于0.023mm(23um),说明该光学成像镜头具有良好的色差矫正能力。
30.图3示出了实施例1在105℃时各视场对应的mtf(modulation transfer function,调制传递函数),横轴表示焦移(单位:mm),纵轴表示mtf。由图3可知,在105℃时,本实施例光学成像镜头mtf的中心视场(center)峰值位置相对最佳成像面的偏移量为5um,说明该光学成像镜头性能随温度变化小,一定温度范围内成像性能可靠。
31.图4示出了实施例1的mtf图,其表示各视场下不同空间频率的mtf变化趋势,横轴表示空间频率(单位:lp/mm),纵轴表示mtf。由图4可知,在最大视场范围内,0~83lp/mm的空间频率范围里mtf值均大于0.55,且mtf随空间频率的增加均匀下降,说明该光学成像镜头具有良好的成像质量。
32.第二实施例请参阅图5,所示为本发明第一实施例中提供的光学成像镜头200的结构示意图,该光学成像镜头200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、滤光片g1以及保护玻璃g2。
33.第一透镜l1具有负光焦度,第一透镜的物侧面s1为凸面,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,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;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近轴区为凸面,远轴区为凹面。
34.其中,第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5均为玻璃球面镜片,第一透镜l1为玻璃非球面镜片,第二透镜l2、第六透镜l6均为塑胶非球面镜片,第四透镜l4和第五透镜l5组成粘合体,光阑st位于第二透镜l2和第三透镜l3之间。
35.本实施例提供的光学成像镜头200中各个镜片的相关参数如表3所示。
36.表3
本实施例中的光学成像镜头200中的第一透镜l1、第二透镜l2、第六透镜l6各非球面的面型系数如表4所示。
37.表4本实施例提供的光学成像镜头200的轴上色差图、105℃对应的mtf 图和mtf图分别如图6、图7、图8所示。
38.图6示出了实施例2的轴上色差曲线,横轴表示轴上色差值(单位:mm),纵轴表示归一化瞳坐标。由图6可知,本实施例光学成像镜头的轴上色差值小于0.033mm(33um),说明该
光学成像镜头具有良好的色差矫正能力。
39.图7示出了实施例2在105℃时各视场对应的mtf,横轴表示焦移(单位:mm),纵轴表示mtf。由图7可知,在105℃时,本实施例光学成像镜头mtf的中心视场(center)峰值位置相对最佳成像面的偏移量为1um,说明该光学成像镜头性能随温度变化小,一定温度范围内成像性能可靠。
40.图8示出了实施例2的mtf图,其表示各视场下不同空间频率的mtf变化趋势,横轴表示空间频率(单位:lp/mm),纵轴表示mtf。由图8可知,在最大视场范围内,0~83lp/mm的空间频率范围里mtf值均大于0.6,且mtf随空间频率的增加均匀下降,说明该光学成像镜头具有良好的成像质量。
41.第三实施例请参阅图9,所示为本发明第一实施例中提供的光学成像镜头300的结构示意图,该光学成像镜头300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、滤光片g1以及保护玻璃g2。
42.第一透镜l1具有负光焦度,第一透镜的物侧面s1为凸面,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,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;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近轴区为凸面,远轴区为凹面。
43.其中,第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5均为玻璃球面镜片,第一透镜l1为玻璃非球面镜片,第二透镜l2、第六透镜l6均为塑胶非球面镜片,第四透镜l4和第五透镜l5组成粘合体,光阑st位于第二透镜l2和第三透镜l3之间。
44.本实施例提供的光学成像镜头300中各个镜片的相关参数如表5所示。
45.表5
本实施例中的光学成像镜头300中的第一透镜l1、第二透镜l2、第六透镜l6各非球面的面型系数如表6所示。
46.表6本实施例提供的光学成像镜头300的轴上色差图、105℃对应的mtf 图和mtf图分别如图10、图11、图12所示。
47.图10示出了实施例3的轴上色差曲线,横轴表示轴上色差值(单位:mm),纵轴表示
归一化瞳坐标。由图10可知,本实施例光学成像镜头的轴上色差值小于0.029mm(29um),说明该光学成像镜头具有良好的色差矫正能力。
48.图11示出了实施例3在105℃时各视场对应的mtf,横轴表示焦移(单位:mm),纵轴表示mtf。由图11可知,在105℃时,本实施例光学成像镜头mtf的中心视场(center)峰值位置相对最佳成像面的偏移量为2um,说明该光学成像镜头性能随温度变化小,一定温度范围内成像性能可靠。
49.图12示出了实施例3的mtf图,其表示各视场下不同空间频率的mtf变化趋势,横轴表示空间频率(单位:lp/mm),纵轴表示mtf。由图12可知,在最大视场范围内,0~83lp/mm的空间频率范围里mtf值均大于0.5,且mtf随空间频率的增加均匀下降,说明该光学成像镜头具有良好的成像质量。
50.表7是上述三个实施例对应的光学参数,主要包括光学成像镜头各透镜的最大半视场角、总长、有效焦距等以及与实施例中每个条件式对应的数值。
51.表7
综上,本发明实施例提供的光学成像镜头采用具有特定光焦度的六片镜片,并使用玻塑混合的镜片结构,具有低生产成本的优点。此外,通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配,使得光学成像镜头在 450nm-650nm波段范围内色差矫正良好,色散低。在-40℃~105℃的温度范围内, mtf的焦移偏移量较小,温度对mtf的影响较小,具有良好的温度稳定性。
52.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。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。
53.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
上述光学成像镜头的电子设备。
54.本实施例提供的成像设备包括光学成像镜头,由于光学成像镜头具有低色散、高低温情况下性能稳定和高成像质量的优点,具有该光学成像镜头的成像设备也具有具有低色散、高低温情况下性能稳定和高成像质量的优点。
55.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。
56.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。
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