CN106772930B - 一种高像素超薄手机镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高像素超薄手机镜头，其包括沿所述成像镜头的光轴从物端到像端依次设置的具有第一折射率的第一正透镜、具有第二折射率的第二负透镜、具有第三折射率的第三正透镜、具有第四折射率的第四正透镜、以及具有第五折射率的第五负透镜。所述第一折射率、第三折射率、第四折射率和第五折射率均小于第二折射率。其中，所述第一折射率与第四折射率相同，第三折射率与第五折射率相同。本发明的高像素超薄手机镜头可有效地提高手机镜头的耐公差特性，有效地降低了各种像差，提高成像质量，轻薄，无需非球面表面，容易制造。

Description

一种高像素超薄手机镜头

技术领域

本发明涉及成像镜头，特别涉及一种高像素超薄手机镜头。

背景技术

随着现代智能型手机的不断更新换代，人们对其搭载的手机镜头要求也不断提高，高分辨率、低像差、体积小的手机镜头更能获得消费者的青睐。而对于手机镜头制造商而言，耐公差、易加工的镜头更容易得到大批量的生产。近几年出现了一批比较好的手机镜头设计，但仍然存在一些缺陷，列举几例如下：

1、韩国LG伊诺特公司申请的申请号为201310052644.0，申请日为2013年2月18日的中国发明专利申请公开了（公开日期为2013-08-21）一种成像镜头，该成像镜头TTL过长，镜头总长过厚；

2、中国台湾佳凌科技股公司申请的申请号为201410335021.9，申请日为2014年7月15日的中国发明专利申请公开了（公开日期为2016-02-10）一种取像光学成像镜头，其采用1G4P来实现广角，其中第四片玻璃镜片至少一面为非球面表面，这样镜头的制造成本高；

3、日本索尼公司申请的申请号为201210451249.5，申请日为2012年11月12日中国发明专利申请公开了（公开日期为2013-05-29）一种成像镜头和成像设备，该专利的成像镜头视场角只有75度左右，视场角过小；

4、大立光电公司申请的申请号为201410481763.2，申请日为2014年9月19日的中国发明专利申请公开了（公开日期为2016-02-17）一种摄影光学透镜组、取像装置以及电子装置，该镜头焦距过大，镜头TTL过长，且视场角也低于80度，另外，光线经过第三透镜130和第五透镜150的光线有明显的偏折，公差敏感，在实际生产中不利于镜头组装，不利于加工制造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻薄、耐公差、光学***像差低且易制造的高像素超薄手机镜头。

一种高像素超薄手机镜头，包括沿所述成像镜头的光轴从物端到像端依次设置的具有第一折射率的第一正透镜、具有第二折射率的第二负透镜、具有第三折射率的第三正透镜、具有第四折射率的第四正透镜、以及具有第五折射率的第五负透镜。所述第一折射率、第三折射率、第四折射率和第五折射率均小于第二折射率。其中，所述第一折射率与第四折射率相同，第三折射率与第五折射率相同。

优选的，所述的高像素超薄手机镜头的视场角大于80度，所述高像素超薄手机镜头的焦距除以高像素超薄手机镜头的入瞳直径之商小于或等于2.4，且包括光阑；所述光阑位于所述第一正透镜物和第二负透镜之间。

优选的，所述第一正透镜与高像素超薄手机镜头的像面之间距离与高像素超薄手机镜头的像面的直径的比值应小于1.4。

优选的，第一正透镜与第二负透镜在光轴上的间距大于或等于0.05毫米。

优选的，所述第一正透镜的物侧光学面和像侧光学面均为凸面；所述第二负透镜的物侧光学面为凸面，像侧光学面为凹面；所述第三正透镜的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面；所述第四正透镜的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面；所述第五负透镜的物侧光学面为近光轴处为凹面，像侧光学面为近光轴处为凹面且在轴外有反向弯曲。

优选的，所述第一正透镜、第三正透镜、第四正透镜和第五负透镜的折射率均小于或者等于1.60，阿贝数值大于或者等于40；所述第二负透镜的折射率为大于或者等于1.60，阿贝数值小于40。

优选的，所述第二负透镜与第一正透镜的阿贝数值的差值大于20并小于40。

优选的，所述第一正透镜、第二负透镜、第三正透镜、第四正透镜和第五负透镜均为非球面树脂透镜。

优选的，定义f为高像素超薄手机镜头的总焦距，f1为第一正透镜的焦距，f2是第二负透镜的焦距，f3是第三正透镜的焦距，f4是第四正透镜的焦距，f5是第五负透镜的焦距，则

，，

，

，

。

本发明的高像素超薄手机镜头具有“正透镜-负透镜-正透镜-正透镜-负透镜”的五片式透镜组合结构以及“低折射率-高折射率-低折射率-低折射率-低折射率”的折射率组合，有效地提高手机镜头的耐公差特性，有效地降低了各种像差，提高成像质量，轻薄，无需非球面表面，容易制造。

附图说明

图1为本发明一实施例中的高像素超薄手机镜头的结构示意图。

图2为图1中成像镜头拍摄时经过各透镜的入射光线的光路图。

图3为本发明一实施例中的成像镜头的场曲及畸变测试图。

图4为本发明一实施例中的成像镜头的横向色像差及纵向色像差的测试图。

图5为本发明一实施例中的成像镜头的不同视场的Ray Fan图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明一种高像素超薄手机镜头作进一步详细描述。

如图1所示，一较佳实施例中，本发明的高像素超薄手机镜头为五片式成像镜头，包括沿成像镜头的光轴从物端到像端依次设置的第一正透镜L1、第二负透镜L2、第三正透镜L3、第四正透镜L4和第五负透镜L5。第一正透镜L1具有第一折射率，第二负透镜L2具有第二折射率，第三正透镜L3具有第三折射率，第四正透镜L4具有第四折射率，第五负透镜L5具有第五折射率。其中，第一折射率、第三折射率、第四折射率和第五折射率均小于第二折射率，且第一折射率与第四折射率相同，第三折射率与第五折射率相同。

入射至成像镜头的入射光线先经过低折射率的第一正透镜L1，再经过高折射率的第二负透镜L2，再依次经过低折射率的第三正透镜L3、第四正透镜L4和第五负透镜L5。低折射率的第一正透镜L1使成像镜头产生一定的正光焦度（也称屈光度，focal power），并且可以减少光学***的总长度。高折射率的第二负透镜L2可以用来校正第一正透镜L1所产生的像差及光学***所产生的色差。低折射率的第三正透镜L3可以有效地分配第一正透镜L1的光焦度并且降低光学***的敏感度，使镜头获得更好的公差。低折射率的第四正透镜L4可以扩大视场角、校正部分色差，低折射率的第五负透镜L5可以进一步扩大视场角，同时可以使得光学***的主点远离像面，从而有效地减小镜头总长，使镜头结构更加紧凑。从而，该“正透镜-负透镜-正透镜-正透镜-负透镜”的五片式透镜组合结构以及“低折射率-高折射率-低折射率-低折射率-低折射率”的折射率组合，可有效地提高手机镜头的成像质量、提高镜头耐公差特性，降低成像镜头的各种像差，使手机镜头更加轻薄化，如图3和图4所示，具有耐公差、高像素、结构紧凑的优点。如图2所示，入射光线在经过第二负透镜L2和第三正透镜L3之间，以及第四正透镜L4和第五负正透镜L5之间时非常平顺，可见其公差敏感度低，对外视场的解像和照度有一定的提升，对光学***进行公差分析可知，本发明的高像素超薄手机镜头的公差宽松，有利于于实际生产加工。

此外，本发明的高像素超薄手机镜头的第一正透镜L1和第二负透镜L2之间还设置有光阑ST，用于扩大镜头的视场角。本实施例中，成像镜头的视场角达到80度或以上。为了方便制造，在实际制造中也可以采用易于加工的遮光纸，例如SOMA遮光纸形成光阑ST，以降低对手机镜头的精度要求，提高产品良率。

更具体的，第一正透镜L1的物侧光学面和像侧光学面均为凸面，呈双凸面结构，平分光焦度，进一步提高成像镜头的耐公差特性。第二负透镜L2的物侧光学面为凸面，像侧光学面为凹面。第三正透镜L3的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面。第四正透镜L4的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面。第五负透镜L5的物侧光学面为近光轴处为凹面，像侧光学面为近光轴处为凹面且在轴外（也即第五负透镜的光轴外侧）有反向弯曲（也即反转为凸面）。在本实施方式中，优先选择的是第一正透镜L1、第二负透镜L2、第三正透镜L3、第四正透镜L4和第五负透镜L5均为非球面树脂透镜。

表1列出了本实施例中高像素超薄手机镜头的***结构参数，表面序号从物侧到像侧编起，编号为11和12的是图1中标号为11的红外镜头的表面。其中，第一正透镜L1、第三正透镜L3、第四正透镜L4和第五负透镜L5的折射率均小于或者等于1.60，阿贝数值（Abbe,也叫V-数）大于或者等于40。第二负透镜L2的折射率大于或者等于1.60，阿贝数值小于或等于40。其中，第三正透镜L3和第四正透镜L4的阿贝数值大于40，可以有效地减少第一正透镜L1和第二负透镜L2引入的色差，而第二负透镜L2的折射率高，阿贝数低，可以起到消色差的作用，从而很好地控制成像镜头的色差。

为了提高高像素超薄手机镜头的性能，本实施例中，高像素超薄手机镜头还满足以下条件：

；其中V1是第一正透镜L1的阿贝数值，V2是第二负透镜l2的阿贝数值，从而有效地平衡光学***的横向色差和垂轴色差。

为了使高像素超薄手机镜头更加轻薄化，限制镜头的总长，同时校正***的像差，成像镜头还需要满足以下条件：

其中f是高像素超薄手机镜头的总焦距，f1是第一正透镜L1的焦距，f2是第二负透镜L2的焦距，f3是第三正透镜L3的焦距，f4是第四正透镜L4的焦距，f5是第五负透镜L5的焦距。

此外，第一正透镜L1与高像素超薄手机镜头的像面（图1中12为图像传感器表面，11为红外镜头）之间距离TTL与高像素超薄手机镜头的像面的直径D的比值应小于1.4，也即TTL/D<1.4。

进一步的，第一正透镜L1与第二负透镜L2在光轴上的间距小于或等于0.06毫米，有利于镜头的组装。高像素超薄手机镜头的焦距除以手机镜头的入瞳直径之商小于或等于2.4。

需要说明的是：为了进一步优化成像镜头的耐公差特性，第一正透镜L1的偏心允许量为2um，第二负透镜L2的偏心允许量为5um，第三正透镜L3的偏心允许量为4um，第四正透镜L4的偏心允许量为5um，第五负透镜L5的偏心允许量为5um，与现有技术的成像镜头中各个透镜的偏心允许量相比，本发明成像镜头中各个透镜的偏心允许量可以极好的配合现有加工能力，很好地提高良率。

为了更好地理解本发明，在使用光学设计软件（本实施例中采用Zemax软件）进行设计时，将成像镜头的畸变和场曲都进行了有效地控制，如图3所示，成像镜头的畸变值控制在2%以内，场曲值控制在0.05mm以内。同时对成像镜头的Ray-Fan 图进行优化，通过DXDX（垂轴像差X分量对瞳面X坐标的倒数）、DYDY（垂轴像差Y分量对瞳面Y坐标的倒数）等操作数强制平衡手机镜头的Ray Fan 图，并检测成像镜头的Ray-Fan图，如图5所示，通过对的RayFan图可以看到强制优化后的成像镜头获得了良好的成像特性。

本发明的高清超薄成像镜头与韩国LG伊诺特公司的发明专利申请CN201310052644.0相比，本发明在相同像面大小的情况下，光学总长更小，使镜头更加轻薄化，更具有市场竞争力。本发明与中国台湾佳凌科技股公司的发明专利申请201410335021.9相比，佳凌的取像光学成像镜头采用1G4P来实现，其中第四片玻璃镜片至少一面为非球面表面，这样镜头的制造成本高，本发明采用5片塑胶镜片，在低成本上占有优势。本发明与日本索尼申请的CN201210451249.5相比，本发明的镜头具有更大的视场角，视场角高达到80°以上，更符合手机市场趋势。本发明与大立光电的发明专利申请CN201410481763.2相比，本发明的成像镜头焦距短，镜头TTL较短，且视场角高于80度，另外，光线经过第三正透镜和第五负透镜的光线平顺，公差宽松，在实际生产中有利于镜头组装，有利于加工制造。

综上，本发明的高清超薄成像镜头，可以应用于搭载固体感光元件的终端上，尤其是在现代智能手机轻薄化的发展趋势下，对此款小尺寸手机成像镜头的需求量将会持续增加。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (5)

1.一种高像素超薄手机镜头，其包括沿所述手机 镜头的光轴从物端到像端依次设置的：

具有第一折射率的第一正透镜；

具有第二折射率的第二负透镜；

具有第三折射率的第三正透镜；

具有第四折射率的第四正透镜；以及

具有第五折射率的第五负透镜；

其特征在于：所述第一折射率、第三折射率、第四折射率和第五折射率均小于第二折射率；其中，所述第一折射率与第四折射率相同，第三折射率与第五折射率相同；

所述的高像素超薄手机镜头的视场角大于80度，所述高像素超薄手机镜头的焦距除以高像素超薄手机镜头的入瞳直径之商小于或等于2.4，且包括光阑；所述光阑位于所述第一正透镜物和第二负透镜之间；

所述第一正透镜的物侧面与高像素超薄手机镜头的像面之间距离与高像素超薄手机镜头的像面的直径的比值应小于1.4；

第一正透镜与第二负透镜在光轴上的间距大于或等于0.05毫米；且

定义f为高像素超薄手机镜头的总焦距，f1为第一正透镜的焦距，f2是第二负透镜的焦距，f3是第三正透镜的焦距，f4是第四正透镜的焦距，f5是第五负透镜的焦距，则0.4<f1/f<0.9，-1.2<f2/f<-0.9, 3.2<f3/f<4.1，0.54<f4/f<0.88， -0.6<f5/f<-0.3。

2.根据权利要求1所述的高像素超薄手机镜头，其特征在于，所述第一正透镜的物侧光学面和像侧光学面均为凸面；所述第二负透镜的物侧光学面为凸面，像侧光学面为凹面；所述第三正透镜的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面；所述第四正透镜的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面；所述第五负透镜的物侧光学面为近光轴处为凹面，像侧光学面为近光轴处为凹面且在轴外有反向弯曲。

3.根据权利要求2所述的高像素超薄手机镜头，其特征在于，所述第一正透镜、第三正透镜、第四正透镜和第五负透镜的折射率均小于或者等于1.60，阿贝数值大于或者等于40；所述第二负透镜的折射率为大于或者等于1.60，阿贝数值小于40。

4.根据权利要求3所述的高像素超薄手机镜头，其特征在于，所述第二负透镜与第一正透镜的阿贝数值的差值大于20并小于40。

5.根据权利要求4所述的高像素超薄手机镜头，其特征在于，所述第一正透镜、第二负透镜、第三正透镜、第四正透镜和第五负透镜均为非球面树脂透镜。

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