光学成像镜头及成像设备的制作方法

1.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：

2.随着自动驾驶技术的发展，adas（advanced driver assistant system，高级驾驶辅助系统）已经成了汽车的标配；其中，车载摄像镜头作为adas的关键器件，能够实时感知车辆周边的路况情况，实现前向碰撞预警、车道偏移报警和行人检测等功能，其性能高低直接影响着adas的安全系数，因此，对车载摄像镜头的性能要求越来越高。
3.adas系统对所搭载的车载镜头要求极高，首先要求其通光能力强，能适应外界环境的明暗变化，同时要求镜头有较高的成像清晰度，能有效分辨道路环境的细节，同时要求镜头能够对发射或反射不同波长单色光的物体(如交通信号灯、公路标识信息等)具有良好的分辨能力，以满足智能驾驶系统的特殊要求。然而，现有市场上的大多镜头均不能很好的满足上述要求。


技术实现要素：

4.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，具有大光圈、高解像力、热稳定好以及小口径的优点。
5.本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。
6.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：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面和像侧面均为凹面；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第二透镜的像侧面为凸面；光阑；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；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凸面，所述第四透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述光学成像镜头包含至少一个非球面透镜和至少一个球面透镜。
7.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。
8.相较现有技术，本发明提供的光学成像镜头及成像设备，设置在光阑前的第一透镜和第二透镜均采用玻璃非球面透镜，能够让光线更平缓进入镜头，有利于改善镜头畸变并有效减小镜头的前端口径；第六透镜采用玻璃非球面透镜，能够让光线平缓的进入成像面，有利于改善镜头的球差和像散，进而提升镜头的成像品质；第三透镜和第五透镜均为双凸透镜且均采用折射率温度系数小于零的玻璃材料，对镜头高低温的对焦位置偏移量有较好的补偿效果，同时所有透镜全部使用玻璃材质，使镜头具有良好的热稳定性，使能适用于对环境比较苛刻领域，例如无人机、安防监控、车载监控等领域的需求。
9.综上，本发明的光学成像镜头采用六片玻璃球面与非球面镜片设计，通过合理分
配各透镜的光焦度及面型搭配，使得镜头在实现良好成像质量的同时，具有小口径、大光圈、热稳定性好的优点。
附图说明
10.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轴向色差曲线图；图4为本发明第一实施例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轴向色差曲线图；图8为本发明第二实施例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轴向色差曲线图；图12为本发明第三实施例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的成像设备的结构示意图。
具体实施方式
11.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。
12.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。
13.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、滤光片、保护玻璃。
14.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凹面；第二透镜具有正光焦度，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；第四透镜具有负光焦度，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凹面；第五透镜具有正光焦度，第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；第六透镜具有正光焦度或负光焦度，第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面；滤光片可用于选择性地对部分光进行过滤，从而优化成像结果。
15.在一些实施方式中，为提高镜头的解像力并有效降低镜头的垂轴色差，所述光学成像镜头采用多个非球面镜片，非球面镜片的使用可以更好校正镜头的像差，提高镜头的分辨率，使成像更清晰。其中，第一透镜、第二透镜和第六透镜均为非球面透镜，第三透镜、第四透镜和第五透镜均为球面透镜；其它能够实现所述成像效果的球面与非球面搭配组合也是可行的。
16.在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：-10《r11/f《0；（1）1《r12/f《2.5；（2）-0.5《sag11/sag12《-0.1；（3）其中，sag11表示第一透镜的物侧面的边缘矢高，sag12表示第一透镜的像侧面的边缘矢高，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，f表示所述光学成像镜头的有效焦距。满足上述条件式（1）—（3），通过设置第一透镜为双凹透镜，使进入第一透镜的光线分布更为均匀，有利于合理分配镜头前端的光线偏转角，实现镜头的广视角。
17.在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：0.1《(φ2-φ6)/φ《0.2；（4）其中，φ2表示第二透镜的光焦度，φ6表示第六透镜的光焦度，φ表示所述光学成像镜头的光焦度。为更好矫正系统的像差，第二透镜和第六透镜可以采用非球面透镜，满足上述条件式（4），通过合理设置第二透镜及第六透镜的光焦度分配，可有效控制系统的球差和慧差，提升镜头的解析力。
18.在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：-2
×
10-5
/℃《 (dn/dt)3 (dn/dt)5《-8
×
10-6
/℃；（5）0.3《φ3/φ5《0.8；（6）其中，(dn/dt)3表示第三透镜的折射率温度系数，(dn/dt)5表示第五透镜的折射率温度系数，φ3表示第三透镜的光焦度，φ5表示第五透镜的光焦度。第三透镜和第五透镜均为双凸透镜，承担镜头的主要正光焦度，满足上述条件式（5）、（6），使第三透镜和第五透镜均采用折射率温度系数小于零的玻璃材料，能够有效补偿温度变化对镜头焦距的影响，提升镜头解析力在不同温度下的稳定性。
19.在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：f/enpd《1.6；（7）f/d
st
《0.8；（8）其中，f表示所述光学成像镜头的有效焦距，enpd表示所述光学成像镜头的入瞳直径，d
st
表示所述光阑的有效直径。满足上述条件式（7）、（8），表明镜头具有大孔径的特性，可使镜头进光量较大，能够满足明暗环境下的成像需求。
20.在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：0.05mm-1
《sd11
×
tan(hfov)/ih/ttl《0.08mm-1
；（9）其中，sd11表示第一透镜的物侧面的有效半径，hfov表示所述光学成像镜头的最大半视场角，ih表示所述光学成像镜头的成像面上有效像素区域对角线长的一半，ttl表示所述光学成像镜头的光学总长，即从第一透镜物侧面的中心到所述成像面的轴上距离。满
足上述条件式（9），在保证系统具有较大成像面的同时，也让系统结构更为紧凑，实现系统镜头小口径的特点。
21.在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：-1.5《r12/r21《-0.5；（10）-1.5《sag12/sag21《-1；（11）其中，r12表示第一透镜的像侧面的曲率半径，r21表示第二透镜的物侧面的曲率半径，sag12表示第一透镜的像侧面的边缘矢高，sag21表示第二透镜的物侧面的边缘矢高。满足上述条件式（10）、（11），有利于合理分配光阑前第一透镜和第二透镜之间的光线偏转角，从而合理的控制第一透镜和第二透镜对系统畸变的贡献，能有效改善系统球差，提升系统的成像品质。
22.在一些实施例中，所述第四透镜与所述第五透镜组成胶合透镜，且所述光学成像镜头满足以下条件式：-0.5《φ4/φ《-0.2；（12）0.5《φ5/φ《0.8；（13）3mm《r45《12mm；（14）其中，φ4表示第四透镜的光焦度，φ5表示第五透镜的光焦度，φ表示所述光学成像镜头的光焦度，r45表示第四透镜和第五透镜胶合面的曲率半径。为更好矫正系统的色差，第四透镜与第五透镜组成胶合透镜，满足上述条件式（12）—（14），通过合理设置第四负透镜和第五正透镜的光焦度分配，能够更好改善系统的色差，提升镜头的解析力。
23.在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：0.8《et6/ct6《0.9；（15）0.3《sag61/sag62《0.6；（16）其中，et6表示第六透镜的边缘厚度，ct6表示第六透镜的中心厚度，sag61表示第六透镜的物侧面的边缘矢高，sag62表示第六透镜的像侧面的边缘矢高。满足上述条件式（15）、（16），有利于控制光线平缓的进出第六透镜，且边缘光线在第六透镜上汇聚，可减小光线在感光芯片上的入射角，有效修正离轴像差，提高成像质量。
24.在一些实施例中，第六透镜具有正光焦度，且第六透镜的光焦度φ6与所述光学成像镜头的光焦度φ满足：0《φ6/φ《0.06。
25.在其它实施例中，所述第六透镜也可以具有负光焦度，且第六透镜的光焦度φ6与所述光学成像镜头的光焦度φ满足：-0.5《φ6/φ《0。
26.所述第六透镜采用正光焦度或者负光焦度均能使系统具有良好的成像效果，具体要结合与其它透镜的组合搭配来定。
27.在一些实施例中，所述光学成像镜头满足以下条件式：r31 r32=0；（17）10mm《r31《20mm；（18）其中，r31表示第三透镜的物侧面的曲率半径，r32表示第三透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式（17）、（18），能够使第三透镜为双面对称的双凸透镜，在保证系统高成像品质的同时，降低生产及组装难度（避免镜片组装上因曲率相近而难以分辨组装方向的问题），有效提高了生产良率。
28.在一些实施例中，第六透镜的物侧面和像侧面均存在至少一个反曲点，且最大反曲点处的面倾角不超过5
°
，可在保证镜头成像品质的条件下，最大程度降低第六透镜的加工难度，有利于降低制造成本。
29.在一些实施方式中，为使镜头在高低温环境中具有稳定的成像性能，所述光学成像镜头中的透镜可以均采用玻璃材质；为了降低镜头的生产成本，所述光学成像镜头中的部分透镜也可以采用塑胶材质，也即采用玻塑混合搭配的方式也能使镜头具有良好的热稳定性。
30.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。
31.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，各个非球面面型均满足如下方程式：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表示圆锥系数，h表示光轴到曲面的距离，b、c、d、e、f、g、h分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶曲面系数。
32.第一实施例请参阅图1，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、滤光片g1、保护玻璃g2。
33.其中，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为凹面；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具有负光焦度，第四透镜的物侧面s7为凸面，第四透镜的像侧面为凹面；第五透镜l5具有正光焦度，第五透镜的物侧面和像侧面s9均为凸面，第四透镜l4与第五透镜l5组成胶合透镜，胶合透镜的粘合面为s8；第六透镜l6具有负光焦度，第六透镜的物侧面s10在近光轴处为凸面，第六透镜的像侧面s11在近光轴处为凹面，且第六透镜的物侧面s10和像侧面s11均存在一个反曲点，且最大反曲点处的面倾角不超过5度。
34.第一透镜l1、第二透镜l2和第六透镜l6均为玻璃非球面透镜，第三透镜l3、第四透镜l4和第五透镜l5均为玻璃球面透镜。
35.本实施例提供的光学成像镜头100的各个镜片相关参数如表1所示。
36.表1
微米以内，说明光学成像镜头100的色差得到良好的校正。
39.第二实施例请参阅图5，所示为本实施例提供的光学成像镜头200的结构示意图，本实施例中的光学成像镜头200与第一实施例当中的光学成像镜头100各个透镜的面型凹凸大抵相同，不同之处在于：各透镜的曲率半径、厚度以及各个镜片间的空气间隔存在差异。具体本实施例当中的光学成像镜头200的各个镜片的相关参数如表3所示。
40.表3本实施例中的光学成像镜头200的非球面透镜的相关参数如表4所示。
41.表4
请参阅图6，所示为本发明第二实施例中光学成像镜头200的mtf曲线，由图可以看出，在对应的119lp/mm处mtf值在全视场范围内均大于等于0.5，说明光学成像镜头200具有较高的分辨率。
42.请参阅图7和8，所示为本发明第二实施例中光学成像镜头200的轴向色差曲线图和垂轴色差曲线图，由图7可以看出，本实施例提供的光学成像镜头的轴向色差均在
±
0.015mm以内；由图8可以看出，在全视场范围内最长波长与最短波长的垂轴色差控制在
±
3.5微米以内，说明光学成像镜头200的色差得到良好的校正。
43.第三实施例请参阅图9，所示为本实施例提供的光学成像镜头300的结构示意图，本实施例中的光学成像镜头300与第一实施例当中的光学成像镜头100各个透镜的面型凹凸大抵相同，不同之处在于：第六透镜l6具有正光焦度，且各透镜的曲率半径、厚度以及各个镜片间的空气间隔存在差异。具体本实施例当中的光学成像镜头300的各个镜片的相关参数如表5所示。
44.表5
本实施例中的光学成像镜头300的非球面透镜的相关参数如表6所示。
45.表6请参阅图10，所示为本发明第三实施例中光学成像镜头300的mtf曲线，由图可以看出，在对应的119lp/mm处mtf值在全视场范围内均大于0.50，说明光学成像镜头300具有较高的分辨率。
46.请参阅图11和12，所示为本发明第三实施例中光学成像镜头300的轴向色差曲线图和垂轴色差曲线图，由图11可以看出，本实施例提供的光学成像镜头的轴向色差均在
±
0.015mm以内；由图12可以看出，在全视场范围内最长波长与最短波长的垂轴色差控制在
±
5微米以内，说明光学成像镜头300的色差得到良好的校正。
47.表7是上述3实施例及其对应的光学特性，包括光学成像镜头的有效焦距f、光圈值f#、视场角fov、成像面上有效像素区域对角线长的一半ih、光学总长ttl，以及与前面每个条件式对应的数值。
48.表7本发明提供的光学成像镜头中，设置在光阑前的第一透镜和第二透镜均采用玻璃非球面透镜，能够让光线更平缓进入镜头，有利于改善镜头畸变并有效减小镜头的前端口径；所述光学成像镜头中最后一个镜片第六透镜采用玻璃非球面透镜，能够让光线平缓的进入成像面，有利于改善镜头的球差和像散，进而提升镜头的成像品质；第三透镜和第五透镜均为双凸透镜且均采用折射率温度系数小于零的玻璃材料，对镜头高低温的对焦位置偏移量有较好的补偿效果，同时所有透镜全部使用玻璃材质，使镜头具有良好的热稳定性，使能适用于对环境比较苛刻领域，例如无人机、安防监控、车载监控等领域的需求。综上，本发明所述光学成像镜头采用六片玻璃球面与非球面镜片设计，通过合理分配各透镜的光焦度及面型搭配，使得镜头在实现良好成像质量的同时，具有小口径、大光圈、热稳定性好等特点。
49.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。
50.该成像设备400可以是车载监控设备、安防设备、ar/vr设备、无人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。
51.本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具有大光圈、高解像力、热稳定好以及小口径的优点，具有光学成像镜头100的成像设备400也具有大光圈、高解像力、热稳定好以及小口径的优点。
52.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。
53.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。