CN112526730B

CN112526730B - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN112526730B
Application number: CN202110180642.4A
Authority: CN
Inventors: 章彬炜; 孙乐; 曾昊杰; 刘绪明; 曾吉勇
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-05-14
Anticipated expiration: 2041-02-08
Also published as: CN112526730A

Abstract

本发明公开了一种光学镜头及成像设备，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有正光焦度的第一透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面为凸面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面在近光轴处为凸面且至少具有一个反曲点；具有光焦度的第五透镜，其像侧面在近光轴处为凹面且至少具有一个反曲点；其中，五个透镜均为非球面镜片。该光学镜头采用五片具有特定形状和屈折力的镜片，使镜头至少具有头部外径小、视场角大、超薄的优点，能够满足便携式电子设备的使用需求。

Description

光学镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种光学镜头及成像设备。

背景技术

随着消费电子市场的快速增长，加上社交、视频、直播类软件的流行，人们对于摄像镜头的成像质量要求越来越高，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。

随着移动信息技术的不断发展，智能手机等便携式电子设备也在朝着轻薄化、全面屏、超高清成像等方向发展，与此同时，搭载在便携式电子设备上的摄像镜头也越来越向超高清、超广角与超薄化的方向发展。然而，现有的光学镜头由于头部外径及整体体积较大，所以大多都是凸出来的，而且越高端的手机摄像头凸出的越厉害，究其原因，主要是追求高品质成像与镜头厚度相冲突。

发明内容

为此，本发明的目的在于提出一种光学镜头及成像设备，至少具有头部外径小、视场角大、超薄的优点，能够满足便携式电子设备的使用需求。

本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

第一方面，本发明提供了一种光学镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第一透镜的像侧面为凸面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面且至少具有一个反曲点；以及具有光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面且至少具有一个反曲点；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：1.8< (IH+EFL)/TTL< 2.05；其中，IH表示所述光学镜头的像高，EFL表示所述光学镜头的有效焦距，TTL表示所述第一透镜的物侧面至所述成像面在光轴上的距离。

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镜头，成像元件用于将光学镜头形成的光学图像转换为电信号。

相比于现有技术，本发明提供的光学镜头及成像设备，采用五片具有特定屈折力的镜片，并且通过控制各透镜的凹凸曲面排列，以达到控制头部外径，扩大视场角以及缩短镜头长度的功能，且具有良好的成像质量，从而较好地实现了镜头小型化和高像素的均衡，同时可以拍摄到更大面积的景物，视野开阔，能够满足便携式电子设备的成像需求。

附图说明

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中的光学镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图3为本发明第一实施例中的光学镜头的轴上点球差曲线图；

图4为本发明第一实施例中的光学镜头的横向色差曲线图；

图5为本发明第二实施例中的光学镜头的结构示意图；

图6为本发明第二实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图7为本发明第二实施例中的光学镜头的轴上点球差曲线图；

图8为本发明第二实施例中的光学镜头的横向色差曲线图；

图9为本发明第三实施例中的光学镜头的结构示意图；

图10为本发明第三实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图11为本发明第三实施例中的光学镜头的轴上点球差曲线图；

图12为本发明第三实施例中的光学镜头的横向色差曲线图；

图13为本发明第四实施例中的光学镜头的结构示意图；

图14为本发明第四实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图15为本发明第四实施例中的光学镜头的轴上点球差曲线图；

图16为本发明第四实施例中的光学镜头的横向色差曲线图；

图17为本发明第五实施例提供的成像设备的结构示意图。

具体实施方式

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。

在本文中，近光轴处是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近光轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近光轴区域为凹面。

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。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。

本发明提出一种光学镜头，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及滤光片。

其中，第一透镜具有正光焦度，第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第一透镜的像侧面为凸面；

第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第二透镜的像侧面为凸面；

第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凸面；

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面且至少具有一个反曲点；

第五透镜具有正光焦度或负光焦度，第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面且至少具有一个反曲点。

作为一种实施方式，光学镜头满足条件式：

1.8< (IH+EFL)/TTL< 2.05；（1）

其中，IH表示光学镜头的像高，EFL表示光学镜头的有效焦距，TTL表示第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。

本发明通过采用五片具有特定形状与光焦度的镜片，实现了镜头的头部外径小、视场角大、镜头超薄的特点，以满足目前便携式电子设备对于超广角小体积镜头的需求。

作为一种实施方式，光学镜头满足条件式：

1.7<TTL/EFL<2.1；（2）

0.20<(T1+T2+T3)/TTL<0.35；（3）

其中，TTL表示第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离，EFL表示光学镜头的有效焦距，T1表示第一透镜的中心厚度，T2表示第二透镜的中心厚度，T3表示第三透镜的中心厚度。满足条件式（2）和（3），通过合理控制各镜片的厚度，可有效控制镜头的头部尺寸大小，减小镜头的整体尺寸，实现镜头的超薄化设计，满足便携式电子设备的使用需求。

在一些实施方式中，光学镜头满足条件式：

4.1<DM1/T1<4.5；（4）

其中，DM1表示第一透镜的有效口径，T1表示第一透镜的中心厚度。满足条件式（4），通过控制第一透镜的口径与厚度，使镜头具有较小的视场深度，有利于实现镜头小头部尺寸的特点。

在一些实施方式中，光学镜头满足条件式：

-0.14<SAG11/T1 <-0.10；（5）

其中，SAG11表示第一透镜的物侧面的矢高，T1表示第一透镜的中心厚度。满足条件式（5），通过控制第一透镜物侧面的边缘面型弯曲度，可有效增加光线的入射量，扩大镜头的视场角。

在一些实施方式中，光学镜头满足条件式：

(DM1+ DM2)/(T1+T2)<2.85；（6）

其中，DM1表示第一透镜的有效口径，DM2表示第二透镜的有效口径，T1表示第一透镜的中心厚度，T2表示第二透镜的中心厚度。满足条件式（6），可使第一透镜和第二透镜具有较小的镜片口径，从而使镜头的头部外径较小，能够更好的满足便携式电子设备如智能手机的全面屏的使用需求。

在一些实施方式中，光学镜头满足条件式：

6.0<DM3/T3<6.8；（7）

1.7<(DM4+DM5)/TTL<1.98；（8）

其中，DM3表示第三透镜的有效口径，T3表示第三透镜的中心厚度，DM4表示第四透镜的有效口径，DM5表示第五透镜的有效口径，TTL表示第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。满足条件式（7）和（8），通过合理控制第三、四、五透镜的有效口径，有利于使镜头的尺寸变小，同时具有较大的视场角，以实现大广角、超薄镜头的特点。

在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：

95<(V3+V4+V5)<105；（9）

其中，V3表示第三透镜的阿贝数，V4表示第四透镜的阿贝数，V5表示第五透镜的阿贝数。满足条件式（9），有利于色差的矫正和镜头解像力的提升。

在一些实施方式中，光学镜头满足条件式：

0.46<R31/R32<0.62；（10）

-1.2mm <SAG31+SAG32<-0.8mm；（11）

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，SAG31表示第三透镜的物侧面的矢高，SAG32表示第三透镜的像侧面的矢高。满足条件式（10）和（11），通过合理设置第三透镜的面型及矢高，能有效控制光线路径，使***具有较大的视场角，以实现小尺寸大视场的特点，同时还可以提升边缘视场的相对照度。

进一步的，在一些实施方式中，光学镜头满足条件式：

ATL/BTL<2.9；（12）

其中，ATL表示第一透镜的物侧面至第五透镜的像侧面在光轴上的距离，BTL表示第五透镜的像侧面至成像面在光轴上的距离。满足条件式（12），通过合理地控制***的总长以及光学后焦，有利于实现***的小型化。

在一些实施方式中，光学镜头满足条件式：

2.1<EFL/EPD<2.45；（13）

其中，EFL表示光学镜头的有效焦距，EPD表示光学镜头的入瞳直径。满足条件式（13），可增大镜头的进光量。

进一步的，在一些实施方式中，光阑位于第一透镜与第二透镜之间，且光阑紧贴于第一透镜的像侧面，在此位置设置光阑，有利于校正光学***的场曲和像散，使***成像质量提高。

作为一种实施方式，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜可以是非球面镜片，可选的，上述透镜均采用塑胶非球面镜片。采用非球面镜片，可以有效减少镜片的数量，修正像差，提供更好的光学性能。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在以下每个实施例中，光学镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径有所不同，具体不同可参见各实施例中的参数表。

本发明各个实施例中非球面透镜的表面形状均满足下列方程：

，

其中，z为非球面沿光轴方向在高度为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，k为二次曲面系数，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

第一实施例

请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的光学镜头100的结构示意图，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1、光阑ST、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5以及红外滤光片G1。

第一透镜L1具有正光焦度，第一透镜的物侧面S1在近光轴处为凸面，第一透镜的像侧面S2为凸面；

光阑ST紧贴于第一透镜的像侧面上；

第二透镜L2具有正光焦度，第二透镜的物侧面S3在近光轴处为凸面，第二透镜的像侧面S4为凸面；

第三透镜L3具有负光焦度，第三透镜的物侧面S5为凹面，第三透镜的像侧面S6为凸面；

第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7在近光轴处为凸面，第四透镜的像侧面S8在近光轴处为凸面，且第四透镜的物侧面S7和像侧面S8均具有一个反曲点；

第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面S9在近光轴处为凸面，第五透镜的像侧面S10在近光轴处为凹面，且第五透镜的物侧面S9和像侧面S10均具有一个反曲点；

其中，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均为塑胶非球面透镜。

本实施例提供的光学镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示。

表1

本实施例中的光学镜头100的各非球面的面型系数如表2所示。

表2

在本实施例中，光学镜头100的场曲、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图2、图3和图4所示。

图2的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。其中，图2中横轴表示偏移量(单位：毫米)，纵轴表示视场角(单位：度)。从图2中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.2毫米以内，说明光学镜头100的场曲校正良好。

图3的轴上点球差曲线表示成像面处光轴上的像差。其中，图3中横轴表示球值(单位：毫米)，纵轴表示归一化光瞳半径。从图3中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.02毫米以内，说明光学镜头100能够有效地校正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

图4的垂轴色差曲线表示最长波长与最短波长在成像面上不同像高处的色差。其中，图4中横轴表示各波长相对中心波长的垂轴色差值(单位：微米)，纵轴表示归一化视场角。从图4中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±2微米以内，说明光学镜头100的垂轴色差得到良好的校正。

第二实施例

请参阅图5，所示为本实施例提供的光学镜头200的结构示意图，本实施例中的光学镜头200与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于：本实施例提供的光学镜头200中第四透镜的像侧面S8在近光轴区域近似为平面，第五透镜的物侧面S9在近光轴区域近似为平面，以及各透镜的曲率半径、厚度等选择不同。

本实施例提供的光学镜头200中各个镜片的相关参数如表3所示。

表3

本实施例中的光学镜头200的各非球面的面型系数如表4所示。

表4

在本实施例中，光学镜头200的场曲、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图6、图7和图8所示，由图6至图8可以看出，光学镜头200的场曲和色差都被良好地校正。

第三实施例

请参阅图9，所示为本实施例提供的光学镜头300的结构示意图，本实施例中的光学镜头300的结构与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于：本实施例提供的光学镜头300中第四透镜的像侧面S8在近光轴处为凹面，第五透镜L5具有正光焦度，以及各透镜的曲率半径、厚度等选择不同。

本实施例提供的光学镜头300中各个镜片的相关参数如表5所示。

表5

本实施例中的光学镜头300的各非球面的面型系数如表6所示。

表6

在本实施例中，光学镜头300的场曲、轴上点球差色和横向色差的曲线图分别如图10、图11和图12所示，由图10至图12可以看出，光学镜头300的场曲和色差都被良好地校正。

第四实施例

请参阅图13，所示为本实施例提供的的光学镜头400的结构示意图，本实施例中的光学镜头400与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于：本实施例提供的光学镜头400中第四透镜的像侧面S8在近光轴处为凹面，第五透镜L5具有正光焦度，以及各透镜的曲率半径、厚度等选择不同。

本实施例中的光学镜头400中各个镜片的相关参数如表7所示。

表7

本实施例中的光学镜头400的各非球面的面型系数如表8所示。

表8

在本实施例中，光学镜头400的场曲、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图14、图15和图16所示，由图14至图16可以看出，光学镜头400的场曲和色差都被良好地校正。

表9是上述四个实施例对应的光学特性，主要包括***的有效焦距EFL、光圈数F#、光学总长TTL及视场角FOV，以及与上述每个条件式对应的数值。

表9

综上，本发明提供的光学镜头具有以下的优点：

（1）现有的摄像镜头头部外径及整体体积都较大，而本发明提供的光学镜头能够提供较大视场的清晰成像，同时具有较小的镜头头部外径，能够满足高屏占比的需求。

（2）采用五片具有特定屈折力的镜片，通过特定的表面形状及其搭配，在满足高像素的同时，使镜头的光学总长不大于3.5mm，从而实现了镜头的超薄化与高像素的均衡。

第五实施例

请参阅图17，所示为本发明第五实施例提供的成像设备500，该成像设备500可以包括成像元件510和上述任一实施例中的光学镜头（例如光学镜头100）。成像元件510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。

该成像设备500可以是智能手机、Pad以及其它任意一种形态的装载了上述光学镜头的便携式电子设备。

本申请实施例提供的成像设备500包括光学镜头100，由于光学镜头100具有超薄化、广视角、像素高的优点，具有该光学镜头100的成像设备500也具有超薄化、广视角、像素高的优点。

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。

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。

Claims

1.一种光学镜头，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次包括：

具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第一透镜的像侧面为凸面；

光阑；

具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面且至少具有一个反曲点；以及

具有光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面且至少具有一个反曲点；

其中，所述光学镜头中透镜的数量为5片，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：1.8< (IH+EFL)/TTL< 2.05；

其中，IH表示所述光学镜头的像高，EFL表示所述光学镜头的有效焦距，TTL表示所述第一透镜的物侧面至所述成像面在光轴上的距离。

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：1.7<TTL/EFL<2.1，0.20<(T1+T2+T3)/TTL<0.35；

其中，TTL表示所述第一透镜的物侧面至所述成像面在光轴上的距离，EFL表示所述光学镜头的有效焦距，T1表示所述第一透镜的中心厚度，T2表示所述第二透镜的中心厚度，T3表示所述第三透镜的中心厚度。

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：4.1<DM1/T1<4.5；

其中，DM1表示所述第一透镜的有效口径，T1表示所述第一透镜的中心厚度。

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：-0.14<SAG11/T1 <-0.10；

其中，SAG11表示所述第一透镜的物侧面的矢高，T1表示所述第一透镜的中心厚度。

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：(DM1+DM2)/(T1+T2)<2.85；

其中，DM1表示所述第一透镜的有效口径，DM2表示所述第二透镜的有效口径，T1表示所述第一透镜的中心厚度，T2表示所述第二透镜的中心厚度。

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：6.0<DM3/T3<6.8，1.7<(DM4+DM5)/TTL<1.98；

其中，DM3表示所述第三透镜的有效口径，T3表示所述第三透镜的中心厚度，DM4表示所述第四透镜的有效口径，DM5表示所述第五透镜的有效口径，TTL表示所述第一透镜的物侧面至所述成像面在光轴上的距离。

7.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：95<(V3+V4+V5)<105；

其中，V3表示所述第三透镜的阿贝数，V4表示所述第四透镜的阿贝数，V5表示所述第五透镜的阿贝数。

8.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：0.46<R31/R32<0.62；-1.2mm<SAG31+SAG32<-0.8mm；

其中，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径，R32表示所述第三透镜的像侧面的曲率半径，SAG31表示所述第三透镜的物侧面的矢高，SAG32表示所述第三透镜的像侧面的矢高。

9.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：ATL/BTL<2.9；

其中，ATL表示所述第一透镜的物侧面至所述第五透镜的像侧面在光轴上的距离，BTL表示所述第五透镜的像侧面至所述成像面在光轴上的距离。

10.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：2.1<EFL/EPD<2.45；

其中，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径，EFL表示所述光学镜头的有效焦距。

11.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的光学镜头及成像元件，所述成像元件用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号。