CN110231702B - 光学镜头及成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学镜头及成像设备，光学镜头沿光轴从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜，第一透镜的物侧表面为凸面；具有光焦度的第二透镜；具有光焦度的第三透镜；具有光焦度的第四透镜；具有正光焦度的第五透镜，第五透镜的物侧表面在近轴处为凸面，像侧表面在近轴处为凹面；光阑，设置于第二透镜和第三透镜之间；滤光片，设置于第五透镜与成像面之间；该光学镜头满足条件式：‑1<f12/f345<0；其中，f12为第一透镜和第二透镜的组合焦距，f345为第三透镜、第四透镜以及第五透镜的组合焦距。本发明提供的光学镜头及成像设备，通过合理搭配各透镜之间的镜片形状与光焦度组合，具有小型化和成像品质高的优点。

Description

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，更具体地，涉及一种光学镜头及成像设备。
背景技术
目前，随着便携式电子设备(如智能手机、相机)的普及，加上社交、视频、直播类软件的流行，人们对于摄影的喜爱程度越来越高，摄像镜头已经成为了电子设备的标配，摄像镜头甚至已经成为消费者购买电子设备时首要考虑的指标。近年来，随着设计水平、制造加工技术的不断发展，摄像镜头不断地向着体积小、重量轻以及高性能的方向发展。
然而，发明人在对现有摄像镜头的研究中发现，一方面随着人们对像质的要求逐步提高，使用的芯片尺寸会相应加大，导致摄像镜头的体积也会随之加大，这使得镜头在保证成像品质的同时难以继续向小型化的方向迈进。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种光学镜头，具有小型化和成像品质高的优点。
一方面，本发明实施例提供了一种光学镜头，沿光轴从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧表面为凸面；具有光焦度的第二透镜；具有光焦度的第三透镜；具有光焦度的第四透镜；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧表面在近轴处为凸面，像侧表面在近轴处为凹面；光阑，设置于所述第二透镜和所述第三透镜之间；滤光片，设置于所述第五透镜与成像面之间；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为非球面镜片，所述光学镜头满足条件式：-1<f12/f345<0；其中，f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距，f345为所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜的组合焦距。
进一步的，上述光学镜头，其中，所述光学镜头满足条件式：0.8<CT2-i/CT2<1.2；0.8<CT3-i/CT3<1.2；其中，CT2-i和CT3-i分别为所述第二透镜和所述第三透镜任意位置处法线方向的厚度，CT2和CT3分别为所述第二透镜和所述第三透镜的中心厚度。
进一步的，上述光学镜头，其中，所述光学镜头满足条件式：0<f1/f<1；其中，f1为所述第一透镜的焦距，f为所述光学镜头的焦距。
进一步的，上述光学镜头，其中，所述光学镜头满足条件式：3<f5/f<6；其中，f5为所述第五透镜的焦距，f为所述光学镜头的焦距。
进一步的，上述光学镜头，其中，所述光学镜头满足条件式：-3<(R7+R8)/(R7-R8)<0；其中，R7为所述第四透镜的物侧表面的曲率半径，R8为所述第四透镜的像侧表面的曲率半径。
进一步的，上述光学镜头，其中，所述光学镜头满足条件式：15<R9/f5<30；其中，R9为所述第五透镜的物侧表面的曲率半径，f5为所述第五透镜的焦距。
进一步的，上述光学镜头，其中，所述光学镜头满足条件式：0<Td/ImgH<2；其中，Td为所述第一透镜的物侧表面到所述第五透镜的像侧表面在光轴上的距离，ImgH为所述光学镜头在成像面上的半像高。
进一步的，上述光学镜头，其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜均为塑胶非球面透镜。
进一步的，上述光学镜头，其中，所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜分别具有负光焦度。
另一方面，本发明实施例提供了一种成像设备，包括如上所述的光学镜头以及用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件。
本发明实施例提供的光学镜头及成像设备，通过合理的搭配各透镜之间的镜片形状与光焦度组合，有效的减小了光学镜头整体的尺寸大小，且在小型化的同时实现了高清晰的成像效果，具有小型化和成像品质高的优点，其对便携式电子设备具有良好的适用性，能够有效提升用户的摄像体验。同时，将光阑置于第二透镜之后，降低了第一透镜、第二透镜的敏感度，便于加工生产。
本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明第一实施例提供的光学镜头的结构示意图；
图2示出了本发明第一实施例提供的成像设备的结构示意图；
图3示出了本发明第一实施例提供的光学镜头的场曲曲线图；
图4示出了本发明第一实施例提供的光学镜头的畸变曲线图；
图5示出了本发明第一实施例提供的光学镜头的轴上点球差曲线图；
图6示出了本发明第一实施例提供的光学镜头的横向色差曲线图；
图7示出了本发明第二实施例提供的光学镜头的场曲曲线图；
图8示出了本发明第二实施例提供的光学镜头的畸变曲线图；
图9示出了本发明第二实施例提供的光学镜头的轴上点球差曲线图；
图10示出了本发明第二实施例提供的光学镜头的横向色差曲线图；
图11示出了本发明第三实施例提供的光学镜头的场曲曲线图；
图12示出了本发明第三实施例提供的光学镜头的畸变曲线图；
图13示出了本发明第三实施例提供的光学镜头的轴上点球差曲线图；
图14示出了本发明第三实施例提供的光学镜头的横向色差曲线图；
图15示出了本发明第四实施例提供的光学镜头的场曲曲线图；
图16示出了本发明第四实施例提供的光学镜头的畸变曲线图；
图17示出了本发明第四实施例提供的光学镜头的轴上点球差曲线图；
图18示出了本发明第四实施例提供的光学镜头的横向色差曲线图。
附图标记：L1-第一透镜；L2-第二透镜；ST-光阑；L3-第三透镜；L4-第四透镜；L5-第五透镜；G-滤光片；P-成像面；S1-第一透镜的物侧表面；S2-第一透镜的像侧表面；S3-第二透镜的物侧表面；S4-第二透镜的像侧表面；S5-第三透镜的物侧表面；S6-第三透镜的像侧表面；S7-第四透镜的物侧表面；S8-第四透镜的像侧表面；S9-第五透镜的物侧表面；S10-第五透镜的像侧表面；S11-滤光片的物侧表面；S12-滤光片的像侧表面；100-光学镜头；200-成像元件；1000-成像设备。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明实施例。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，提供该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。本文中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。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
第一实施例
请参照图1，图1是本发明第一实施例提供的光学镜头100的结构示意图。
本实施例中，如图1所示，光学镜头100沿光轴从物侧到像侧依次包括第一透镜L1、第二透镜L2、光阑ST、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5、滤光片G。
其中，第一透镜L1具有正光焦度，其物侧表面S1为凸面，像侧表面S2为凸面。
第二透镜L2具有负光焦度，其像侧表面S4为凹面。
光阑ST设置于第二透镜L2之后，有效降低了第一透镜L1、第二透镜L2的敏感度，便于加工生产。
第三透镜L3具有负光焦度，其物侧表面S5为凹面，像侧表面S6为凸面。
第四透镜L4具有负光焦度，其物侧表面S7为凹面，像侧表面S8为凸面。
第五透镜L5具有正光焦度，其物侧表面S9在近轴处为凸面，像侧表面S10在近轴处为凹面，其可有效修正光学透镜的像差，从而有效的控制光线的出射角度。
作为一种实施方式，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5可以是非球面镜片，采用非球面镜片，可以有效减少镜片的数量，在降低重量和减小体积的同时，能提供更好的光学性能。
优选地，在一些实施方式中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5可均为塑胶非球面透镜，塑胶材质可有效减小镜头体积、降低生产成本。
如图1所示，本实施例中，光学镜头100还可以包括设置于第五透镜L5与成像面P之间的滤光片G。该滤光片G可用于选择性地对部分光进行过滤，从而优化成像效果。
本实施例中，成像面P，可以是由物侧入射的光，经过光学镜头100在像侧清晰成像的平面。
请参照图2，图2是本实施例提供的成像设备1000的结构示意图。成像设备1000包括上述的光学镜头100以及用于将光学镜头100形成的光学图像转换为电信号的成像元件200。作为一种方式，成像元件200设置于光学镜头100的像侧，其光感面（成像元件200朝向光学镜头100一侧的表面）可以与成像面P重合，以实现清晰成像。在一些实施方式中，成像元件200可以是CCD（Charge-coupled Device，电荷耦合元件）、CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）等用于成像的光电传感器件。
作为一种可实施的方式，成像设备1000可以应用于小型便携式电子设备的光学成像***中。
进一步的，在一些实施方式中，光学镜头100满足条件式：
-1<f12/f345<0；
其中，f12为第一透镜L1和第二透镜L2的组合焦距，f345为第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的组合焦距。满足上述条件式，可以有效降低镜片偏心敏感度，提高镜头边缘解像。
进一步的，在一些实施方式中，光学镜头100满足条件式：
0.8<CT2-i/CT2<1.2；
0.8<CT3-i/CT3<1.2；
其中，CT2-i和CT3-i分别为所述第二透镜和所述第三透镜任意位置处法线方向的厚度（非球面曲线任意处切线的垂线，即为该点的法线），CT2和CT3分别为所述第二透镜和所述第三透镜的中心厚度。CT2-i/CT2以及CT3-i/CT3的值大于0.8，有利于第二透镜L2和第三透镜L3的成型，其对于轴外光线，不易发生高阶像差，性能稳定；CT2-i/CT2以及CT3-i/CT3的值小于1.2，则降低了场曲、慧差的修正难度。即CT2-i/CT2以及CT3-i/CT3的值在上述条件式的范围内时，能够使第二透镜L2和第三透镜L3在任意位置的厚度均匀易于成型。
进一步的，在一些实施方式中，光学镜头100满足条件式：
0<f1/f<1；
其中，f1为所述第一透镜的焦距，f为所述光学镜头的焦距。f1/f的值大于0，可避免第一透镜L1的光焦度以及偏心敏感度变大；f1/f的值小于1，可降低场曲的修正难度。
进一步的，在一些实施方式中，光学镜头100满足条件式：
3<f5/f<6；
其中，f5为所述第五透镜的焦距，f为所述光学镜头的焦距。f5/f的值大于3，可避免第五透镜L5的光焦度以及偏心敏感度变大；f5/f的值小于6，可降低场曲的修正难度。
进一步的，在一些实施方式中，光学镜头100满足条件式：
-3<(R7+R8)/(R7-R8)<0；
其中，R7为所述第四透镜的物侧表面的曲率半径，R8为所述第四透镜的像侧表面的曲率半径。上述条件式限定了第四透镜L4的曲面形状，如果(R7+R8)/(R7-R8)的值大于-3，其对于轴外光线，不易发生高阶像差，性能稳定；如果(R7+R8)/(R7-R8)的值小于0，则降低了场曲、慧差的修正难度。
进一步的，在一些实施方式中，光学镜头100满足条件式：
15<R9/f5<30；
其中，R9为所述第五透镜的物侧表面的曲率半径，f5为所述第五透镜的焦距。R9/f5的值大于15，则可避免场曲和畸变朝负方向过分增大，从而降低了矫正的难度；R9/f5的值小于30，则可避免场曲和畸变朝正方向过分增大，从而降低了矫正的难度。
进一步的，在一些实施方式中，光学镜头100满足条件式：
0<Td/ImgH<2；
其中，Td为所述第一透镜的物侧表面到所述第五透镜的像侧表面在光轴上的距离，ImgH为所述光学镜头在成像面上的半像高。满足上述条件式，可以有效的缩短镜头的光学总长，促进光学镜头100的小型化。
本实施例中，作为一种方式，当光学镜头100中的各个透镜均为非球面透镜时，光学镜头100的各个非球面面型可以均满足如下方程式：
其中，z为非球面沿光轴A方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率半径，k为圆锥系数conic，A2i为第2i阶的非球面面型系数。
本实施例提供的光学镜头100及成像设备1000通过合理的搭配第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5之间的镜片形状与光焦度组合，有效的减少了光学镜头100的整体尺寸大小，且实现了大光圈清晰成像的效果。在一些实施方式中，其采用六片塑胶非球面镜片，镜头体积小，结构紧凑，且能够提供更好的光学成像质量，适于各种便携式电子设备的应用。
请参照图3、图4、图5以及图6，在本实施例中，光学镜头100的场曲曲线图、畸变曲线图、轴上点球差曲线图以及横向色差曲线图分别如图3、图4、图5及图6所示。从图中可以看出，场曲、畸变和色差都被良好校正。
具体的，本实施例提供的光学镜头100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2-1至表2-2所示。
表2-1
表2-2
第二实施例
本实施例提供的光学镜头100的结构图与上述第一实施例大致相同，其最大的不同之处在于设计参数不同。
请参照图7、图8、图9以及图10，在本实施例中，光学镜头100的场曲曲线图、畸变曲线图、轴上点球差曲线图以及横向色差曲线图分别如图7、图8、图9及图10所示。从图中可以看出，场曲、畸变和色差都被良好校正。
具体的，本实施例提供的光学镜头100的设计参数如表3所示：
表3
本实施例中，光学镜头100中各个透镜的非球面参数如表4-1至表4-2所示：
表4-1
表4-2
第三实施例
本实施例提供的光学镜头100的结构图与上述第一实施例大致相同，其最大的不同之处在于设计参数不同。
请参照图11、图12、图13以及图14，在本实施例中，光学镜头100的场曲曲线图、畸变曲线图、轴上点球差曲线图以及横向色差曲线图分别如图11、图12、图13及图14所示。从图中可以看出，场曲、畸变和色差都被良好校正。
具体的，本实施例提供的光学镜头100的设计参数如表5所示。
表5
本实施例中，光学镜头100中各个透镜的非球面参数如表6-1至表6-2所示。
表6-1
表6-2
第四实施例
本实施例提供的光学镜头100的结构图与上述第一实施例大致相同，其最大的不同之处在于设计参数不同。
请参照图15、图16、图17以及图18，在本实施例中，光学镜头100的场曲曲线图、畸变曲线图、轴上点球差曲线图以及横向色差曲线图分别如图15、图16、图17及图18所示。从图中可以看出，场曲、畸变和色差都被良好校正。
具体的，本实施例提供的光学镜头100的设计参数如表7所示。
表7
本实施例中，光学镜头100中各个透镜的非球面参数如表8-1至表8-2所示。
表8-1
表8-2
请参阅表9，表9为上述四个实施例中的光学镜头100分别对应的光学特性，包括光学镜头100的焦距f、光圈数F#、镜头的光学总长TTL和视场角2θ，以及与前述的每个条件式对应的相关数值。
表9
在以上每个实施例中，光学镜头100中的各个透镜的厚度、曲率半径、材质部分有所不同，具体不同可参见各实施例中的参数表。从以上每个实施例的场曲与畸变曲线图可以看出，各实施例中的光学镜头的场曲小于0.1mm、畸变小于2%，表明成像画面失真小，清晰度高。
综上，本发明实施例提供的光学镜头及成像设备，通过合理的搭配各透镜之间的镜片形状与光焦度组合，有效的减小了光学镜头整体的尺寸大小，将镜头的长度有效的控制在TTL<4.0mm，并使得该光学镜头的视场角2θ≥80°，具有较大的拍摄范围，以满足广角拍摄需求；通过将光阑设置在第二透镜之后，有效降低了第一透镜和第二透镜的敏感度，便于加工生产，提高产品良率。由此，本发明实施例提供的光学镜头具有小型化、广视角和成像品质高的优点，其对便携式电子设备具有良好的适用性，能够有效提升用户的摄像体验。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种光学镜头，其特征在于，沿光轴从物侧到像侧依次包括：
具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧表面为凸面；
具有负光焦度的第二透镜；
具有负光焦度的第三透镜；
具有负光焦度的第四透镜；
具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧表面在近轴处为凸面，像侧表面在近轴处为凹面；
光阑，设置于所述第二透镜和所述第三透镜之间；
滤光片，设置于所述第五透镜与成像面之间；
其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为塑胶非球面镜片，且所述光学镜头中，具有光焦度的透镜的数量为5个，所述光学镜头满足条件式：
-1<f12/f345<0；0.8<CT2-i/CT2<1.2；0.8<CT3-i/CT3<1.2；其中，f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距，f345为所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜的组合焦距，CT2-i和CT3-i分别为所述第二透镜和所述第三透镜任意位置处法线方向的厚度，CT2和CT3分别为所述第二透镜和所述第三透镜的中心厚度。
2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：0<f1/f<1；其中，f1为所述第一透镜的焦距，f为所述光学镜头的焦距。
3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：3<f5/f<6；其中，f5为所述第五透镜的焦距，f为所述光学镜头的焦距。
4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：-3<(R7+R8)/(R7-R8)<0；其中，R7为所述第四透镜的物侧表面的曲率半径，R8为所述第四透镜的像侧表面的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：15<R9/f5<30；其中，R9为所述第五透镜的物侧表面的曲率半径，f5为所述第五透镜的焦距。
6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：0<Td/ImgH<2；其中，Td为所述第一透镜的物侧表面到所述第五透镜的像侧表面在光轴上的距离，ImgH为所述光学镜头在成像面上的半像高。
7.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的光学镜头以及用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件。
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