CN111123482A - 一种光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学镜头，由物侧至像侧依序为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；该第一透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凸面，该像侧面为凹面或平面；该第二透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凸面，该像侧面为凹面或平面；该第三透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凹面或平面，该像侧面为凸面；该第四透镜具负屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凹面，该像侧面为凸面。本发明中的识别镜头采用微型化轻量化设计，可满足VCM驱动要求，实现大物距范围快速识别。

Description

一种光学镜头

技术领域

本发明属于镜头技术领域，具体地涉及一种光学镜头。

背景技术

随着科技飞速发展，智能手机不断更新，传统的身份识别方式已不能满足人们对信息安全的新要求，为此，易用且高可靠的生物识别技术受到人们的高度重视。但在实际应用中发现指纹识别、面部识别等生物识别技术仍存在安全隐患，而虹膜识别技术具有受保护性、高稳定性和高防伪性等独有特点，很好地解决了上述生物识别存在的不足，使其在生物识别界具有很高的研究价值和广泛的应用前景。将虹膜识别技术应用于手机等移动终端是科技迅速发展和人们探索研究的必然。在虹膜识别技术中，虹膜图像的获取是第一步，也是关键一步，它直接影响图像的质量和识别的准确率。

目前市场上常用的虹膜识别镜头采用缩小通光的方式获取景深，分辨率对比度不理想，且镜头外型尺寸及重量无法满足VCM(音圈马达)驱动要求，无法使用VCM快速聚焦，甚至于镜头通光口径小，分辨率低，照度低。为此本发明提出了一种新的光学镜头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学镜头用于解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种光学镜头，由物侧至像侧依序为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；

该第一透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凸面，该像侧面为凹面或平面；

该第二透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凸面，该像侧面为凹面或平面；

该第三透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凹面或平面，该像侧面为凸面；

该第四透镜具负屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凹面，该像侧面为凸面。

进一步地，该光学镜头还满足：1.7≤nd1，其中nd1为该第一透镜的折射率。

进一步地，该光学镜头还满足：1.7≤nd2，其中nd2为该第二透镜的折射率。

进一步地，该光学镜头还满足：nd1与nd2大小相当。

进一步地，该光学镜头还满足：1.5≤nd3≤nd4≤2.1，1.5≤nd3≤nd5≤2.1其中nd3为该第三透镜的折射率，nd4为该第四透镜的折射率，并且nd5为该第五透镜的折射率。

进一步地，该光学镜头还满足：nd4≥nd1≥nd3。

进一步地，该光学镜头还满足：nd5≥nd1≥nd3。

进一步地，该光学镜头还满足：TTL＜EFL，其中TTL为该第一透镜到该成像面在光轴上的距离，EFL为该第一透镜的镜头中心到焦点的距离。

本发明的有益技术效果：

本发明采用四片透镜，通过对各个透镜进行相应设计，具有扩大***通光，提高衍射极限，提高分辨率；多种红外光谱设计，依据补光条件选取适当滤光片均可达到良好像质；尺寸小，重量轻(可小于1.5g)，可满足VCM驱动要求，使用VCM快速聚焦，实现大物距范围快速识别；光阑位置不敏感，光阑位置选取自由，可光阑前置，搭配液体镜头，实现大物距范围快速识别；远摄结构复杂化，有效缩短***总长，光阑前置条件下，有效缩小镜片口径等优点。

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要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例一的物距400mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图3为本发明实施例一的物距300mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图4为本发明实施例一的物距650mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图5为本发明实施例一的物距400mm且是红外940nm(160lp/mm)的MTF图；

图6为本发明实施例一的红外850nm离焦曲线图；

图7为本发明实施例一的场曲线/畸变图；

图8为本发明实施例一的相对照度曲线图；

图9为本发明实施例二的结构示意图；

图10为本发明实施例二的物距400mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图11为本发明实施例二的物距300mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图12为本发明实施例二的物距650mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图13为本发明实施例二的物距400mm且是红外940nm(160lp/mm)的MTF图；

图14为本发明实施例二的红外850nm离焦曲线图；

图15为本发明实施例二的场曲线/畸变图；

图16为本发明实施例二的相对照度曲线图；

图17为本发明实施例三的结构示意图；

图18为本发明实施例三的物距400mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图19为本发明实施例三的物距300mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图20为本发明实施例三的物距650mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图21为本发明实施例三的物距400mm且是红外940nm(160lp/mm)的MTF图；

图22为本发明实施例三的红外850nm离焦曲线图；

图23为本发明实施例三的场曲线/畸变图；

图24为本发明实施例三的相对照度曲线图；

图25为本发明实施例四的结构示意图；

图26为本发明实施例四的物距400mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图27为本发明实施例四的物距300mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图28为本发明实施例四的物距650mm且是红外850nm(160lp/mm)的MTF图；

图29为本发明实施例四的红外850nm离焦曲线图；

图30为本发明实施例四的场曲线/畸变图；

图31为本发明实施例四的相对照度曲线图；

图32为本发明四个实施例的各个重要参数的数值表。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。

本发明提供了一种光学镜头，由物侧至像侧依序为第一透镜、第二透镜、光阑(位置灵活)、第三透镜、第四透镜；

该第一透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凸面，该像侧面为凹面或平面；

该第二透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凸面，该像侧面为凹面或平面；

该第三透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凹面或平面，该像侧面为凸面；

该第四透镜具负屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凹面，该像侧面为凸面。

优选地，光阑位置灵活，可选取前置光阑或中置光阑，进一步提高了镜头的适配性。

更优选地，第一、二透镜为弯月正透镜，该物侧面为凸面，该像侧面为凹面或平面，第一透镜选取高折射率材料对光路进行预屈光，为减小后组像差补偿量，可进一步将前组***，以此来减小每片镜片的光焦度，减小像差(特别是彗差、畸变)初级量，且也可降低其高级量。

优选地，第三透镜为平凸透镜或弯月正透镜，物侧面为凹面或平面，该像侧面为凸面，接收前组输入光线，提供正球差，抵消最后弯月负透镜镜片的负球差。

优选地，第四透镜为弯月负透镜，负担远摄结构负组作用，且与任意前部镜片构成新的负组，实现镜头总长压缩的目的。可增加第五透镜，与第四透镜组成胶合片，承担远摄结构负组作用，对非单色光条件下的优化增加变量。同时，由于光学应用多数常用传感器均为大主光线入射角的单色传感器，朝向物侧面为凹面，朝向物侧面为凸面形状的最后镜片，实现较大主光线入射角及较小镜片口径，实现小型化。

优选地，上述四个透镜的的折射率分别满足：第一透镜、第二透镜，1.7≤nd1≈nd2；第三透镜、第四透镜(第五透镜)，1.5≤nd3≤nd4(nd5)≤2.1，其中基于色差优化等调整,可以加进一步限制为nd4(nd5)≥nd1≈nd2≥nd3。

下面将以具体实施例对本发明的光学成像镜头进行详细说明。

实施一

如图1所示，一种光学镜头，从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括第一透镜1、第二透镜2、光阑、第三透镜4、第四透镜5、保护玻璃6和成像面7。

该第一透镜1具正屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面11及一朝向像侧A2的像侧面12，该物侧面11为凸面，该像侧面12为凹面，在某些实施例中，像侧面也可以是平面；

该第二透镜2具正屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面21及一朝向像侧A2的像侧面22，该物侧面21为凸面，该像侧面22为凹面，在某些实施例中，像侧面也可以是平面；

该第三透镜4具正屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面41及一朝向像侧A2的像侧面42，该物侧面41为凹面或平面，该像侧面42为凸面；

该第四透镜5具负屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面51及一朝向像侧A2的像侧面52，该物侧面51为凹面，该像侧面52为凸面。

在本实施例中，第一透镜1的折射率nd1小于第二透镜2的折射率nd2，第三透镜4的折射率nd3小于第四透镜5的nd4的折射率。

本实施例的详细光学数据如表1-1所示。

本实施例的具体解释参考图2-8，其中图2-5为本实施例中多色的衍射MTF曲线图，采用不同种红外光谱设计，观察镜头的成像对比度，依据补光条件选取适当滤光片均可达到良好像质。另外，在使用自动聚焦模组(如VCM)，则可以实现在较大物距范围内实现聚焦清晰。图6为实施例一中的离焦曲线图，横轴是焦移，峰值是在焦点距离上，随着焦移变化，成像质量有明显减小，但是成像质量依然很高。

图7为实施例一中的场曲线/畸变图，从图中可以看出，参数的改变，场曲和畸变并不明显，图8为实施例的相对照度图，随着视场的扩大，相对照度减小，但是依然保持在0.8以上。

此外，TTL＜EFL，其中TTL为该第一透镜到该成像面在光轴上的距离，EFL为该第一透镜的镜头中心到焦点的距离。在实施例一中，TTL约为14.53mm，而EFL为15.00mm。

实施例二

如图9所示，一种光学镜头，从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括光阑、第一透镜200、第二透镜300、第三透镜400、第四透镜500、保护玻璃600和成像面700。

该第一透镜200具正屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面201及一朝向像侧A2的像侧面202，该物侧面201为凸面，该像侧面202为凹面，在某些实施例中，像侧面也可以是平面；

该第二透镜300具正屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面301及一朝向像侧A2的像侧面302，该物侧面301为凸面，该像侧面302为凹面，在某些实施例中，像侧面也可以是平面；

该第三透镜400具正屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面401及一朝向像侧A2的像侧面402，该物侧面401为凹面，在某些实施例中，物侧面也可以是平面，该像侧面402为凸面；

该第四透镜500具负屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面501及一朝向像侧A2的像侧面502，该物侧面501为凹面，该像侧面502为凸面。

在本实施例中，第一透镜200的折射率nd1大于第二透镜300的折射率nd2，第三透镜400的折射率nd3小于第四透镜500的折射率nd4。

本实施例的详细光学数据如表2-1所示。

本实施例的具体解释参考图10-16，其中图10-13为本实施例中多色的衍射MTF曲线图，采用不同种红外光谱设计，观察镜头的成像对比度，依据补光条件选取适当滤光片均可达到良好像质。图14为实施例一中的离焦曲线图，横轴是焦移，峰值是在焦点距离上，随着焦移变化，成像质量有明显减小，但是成像质量依然很高。

图15为实施例一中的场曲线/畸变图，从图中可以看出，参数的改变，场曲和畸变并不明显，图16为实施例的相对照度图，随着视场的扩大，相对照度减小，然而相比图1，相对照度最后跌下了0.8，可见光阑位置的不同，影响了***通光。

在实施例二中，TTL约为14.58mm，而EFL为15.00mm。

实施例三

如图17所示，一种光学镜头，本实施例与实施例二的各个透镜的放置顺序及各个透镜的折射率相同，仅仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数不同。

本具体实施例的详细光学数据如表3-1所示。

本实施例的具体解释参考图18-24，将实施例三中的各个曲线图与实施例进行比较，虽然实施例二和三中各个透镜的折射率相同，但是在曲率半径和透镜厚度略微改变时，例如实施例三中MTF曲线图比实施例二要差，畸变也更明显等。

在实施例三中，TTL约为14.57mm，而EFL为15.00mm。

实施例四

如图25所示，一种光学镜头，从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括第一透镜1000、第二透镜2000、光阑、第三透镜4000、第四透镜5000、第五透镜6000、保护玻璃7000和成像面8000。

该第一透镜1000具正屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面1001及一朝向像侧A2的像侧面1002，该物侧面1001为凸面，该像侧面1002为凹面，在某些实施例中，像侧面也可以是平面；

该第二透镜2000具正屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面2001及一朝向像侧A2的像侧面2002，该物侧面2001为凸面，该像侧面2002为凹面，在某些实施例中，像侧面也可以是平面；

该第三透镜4000具正屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面4001及一朝向像侧A2的像侧面4002，该物侧面4001为凹面，在某些实施例中，物侧面也可以是平面，该像侧面4002为凸面；

该第四透镜5000具负屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面5001及一朝向像侧A2的像侧面5002，该物侧面5001为凹面，该像侧面5002为凸面；

该第五透镜6000具负屈光度，具有一朝向物侧A1的物侧面6001及一朝向像侧A2的像侧面6002，该物侧面6001为凹面，该像侧面6002为凸面。

在本实施例中，第一透镜1000的折射率nd1略小于第二透镜2000的折射率nd2，第三透镜4000的折射率nd3略大于第四透镜5000的nd4的折射率，第五透镜6000的折射率nd5大于第四透镜5000的nd4的折射率。

本实施例的详细光学数据如表4-1所示。

本实施例的具体解释参考图26-31，由于实施例四是在实施例一的基础上增加了第五透镜，因此具体的曲线图可以以实施例一进行比较，例如MTF曲线图明显优于实施例一，然而实施例四中畸变更大，相对照度也差于实施例一。因此，在远摄结构复杂的情况下，可以有效缩短***总长，来提高镜头质量。

在实施例四中，TTL约为14.18mm，而EFL为15.02mm。

对比实施例二和实施例三，可以看到，光阑前置时，镜片口径的选择明显缩小。但是如果搭配液体镜头，则可以实现大物距范围快速识别。

参考图32，图32为本发明四个实施例的各个重要参数的数值表，其中，T1为该第一透镜在光轴的中心厚度；T2为该第二透镜在光轴的中心厚度；T3为该第三透镜在光轴的中心厚度；T4为该第四透镜在光轴的中心厚度；T5为该第五透镜在光轴的中心厚度；G12为该第一透镜到该第二透镜在光轴上的空气间隙；G23为该第二透镜到该第三透镜在光轴上的空气间隙；G34为该第三透镜到该第四透镜在光轴上的空气间隙；G45为该第四透镜到该第五透镜在光轴上的空气间隙；Gstop为该光阑前后空气间隙总和；ALT为该组透镜在光轴上的厚度总和。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光学镜头，其特征在于，由物侧至像侧依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；

该第一透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凸面，该像侧面为凹面或平面；

该第二透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凸面，该像侧面为凹面或平面；

该第三透镜具正屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凹面或平面，该像侧面为凸面；

该第四透镜具负屈光度，具有一朝向物侧的物侧面及一朝向像侧的像侧面，该物侧面为凹面，该像侧面为凸面。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，该光学镜头还满足：1.7≤nd1，其中nd1为该第一透镜的折射率。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，该光学镜头还满足：1.7≤nd2，其中nd2为该第二透镜的折射率。

4.根据权利要求2或3所述的光学镜头，其特征在于，该光学镜头还满足：nd1与nd2大小相当。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，该光学镜头还满足：1.5≤nd3≤nd4≤2.1，1.5≤nd3≤nd5≤2.1其中nd3为该第三透镜的折射率，nd4为该第四透镜的折射率，并且nd5为该第五透镜的折射率。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，该光学镜头还满足：nd4≥nd1≥nd3，其中nd1为该第一透镜的折射率，nd3为该第三透镜的折射率，nd4为该第四透镜的折射率。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，该光学镜头还满足：nd5≥nd1≥nd3，其中nd1为该第一透镜的折射率，nd3为该第三透镜的折射率，nd5为该第四透镜的折射率。

8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，该光学镜头还满足：TTL＜EFL，其中TTL为该第一透镜的物侧面到该成像面在光轴上的距离，EFL为该第一透镜的镜头中心到焦点的距离。

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