CN112731631B - 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，该光学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，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、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，其物侧面为凹面、像侧面在近光轴处为凸面且具有至少两个反曲点；具有负光焦度的第五透镜，其物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点、其像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点；其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均为塑胶非球面镜片。该光学镜头能够较好的实现镜头广视角、小型化、高品质成像的均衡。
Description
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，为了追求更佳的成像效果，对搭载在便携式电子设备上的摄像镜头提出了更高要求。由于广角镜头的用途很广泛，对于近距离拍摄大范围景物非常有用，并且容易得到视觉冲击力强烈的画面，所以广角镜头得以在手机等电子设备上广泛应用。
然而，目前市场上大多数广角镜头的体积较大且成像品质不佳，难以满足便携式电子设备的轻薄化与高清成像需求。
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，以解决现有技术当中光学镜头无法较好的实现广视角、小型化及高品质成像均衡的技术问题。
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：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，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为凹面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凸面且具有至少两个反曲点；具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点；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塑胶非球面镜片；所述光学镜头满足以下条件式：-1<R6/f<-0.5，R6表示所述第三透镜像侧面的曲率半径，f表示所述光学镜头的焦距。
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，采用五片具有特定光焦度的镜片，并且采用特定的表面形状及其搭配，在满足广视角的同时结构更紧凑，具有更好的成像质量，从而较好的实现了镜头广视角、小型化及高品质成像的均衡。
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f-tanθ畸变曲线图；
图4为本发明第一实施例中的光学镜头的垂轴色差曲线图；
图5为本发明第一实施例中的光学镜头的轴向色差曲线图；
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f-tanθ畸变曲线图；
图8为本发明第二实施例中的光学镜头的垂轴色差曲线图；
图9为本发明第二实施例中的光学镜头的轴向色差曲线图；
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f-tanθ畸变曲线图；
图12为本发明第三实施例中的光学镜头的垂轴色差曲线图；
图13为本发明第三实施例中的光学镜头的轴向色差曲线图；
图14为本发明第四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。
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，第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，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，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面在近光轴处为凸面且具有至少两个反曲点；
第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点，第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点。
同时，所述光学镜头满足条件式：-1<R6/f<-0.5；其中，R6表示第三透镜的像侧面的曲率半径，f表示光学镜头的焦距。满足该条件式，能够合理控制第三透镜像侧面的面型，有利于矫正球差和光学畸变。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
1.4<R1/DM1<1.5；（1）
其中，R1表示第一透镜的物侧面的曲率半径，DM1表示第一透镜的有效半口径。满足条件式（1），能够合理均衡广视角和小尺寸头部，实现所述光学镜头的大广角和头部小型化。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
0.3<SAG1/DM1<0.5；（2）
其中，SAG1表示第一透镜的物侧面在有效口径处的矢高，DM1表示第一透镜的有效半口径。满足条件式（2），能够合理控制所述光学镜头的视场深度，有利于减小所述光学镜头的开窗面积，提高屏占比例。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
1.2<R1/R2<1.6；（3）
其中，R1表示第一透镜的物侧面的曲率半径，R2表示第一透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（3），能够合理控制第一透镜的面型，有利于减小后续透镜的口径和体积，实现所述光学镜头的小型化。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
-5<(R5+R6)/(R5-R6)<-3；（4）
其中，R5表示第三透镜的物侧面的曲率半径，R6表示第三透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（4）时，能够合理控制第三透镜的面型，有利于矫正光学畸变和像差，提高所述光学镜头的成像品质。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
0.045<(SAG6-SAG5)/DM3<0.065；（5）
其中，SAG5表示第三透镜的物侧面在有效口径处的矢高，SAG6表示第三透镜的像侧面在有效口径处的矢高，DM3表示第三透镜的有效半口径。满足条件式（5）时，能够使第三透镜满足薄型化透镜设计的同时，尽量减缓光线转折的走势，降低高级像差的矫正难度，提高镜头的成像质量。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
0.9<f34/f<1.1；（6）
其中，f34表示第三透镜和第四透镜的组合焦距，f表示光学镜头的焦距。满足条件式（6）时，能够合理控制第三透镜和第四透镜的焦距，有利于校正像差和光学畸变，提高所述光学镜头的成像品质。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
4<R7/R8<8；（7）
其中，R7表示第四透镜的物侧面的曲率半径，R8表示第四透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（7）时，能够合理控制第四透镜的两侧面型，进一步缓和光轴的聚光强度，减小边缘视场与中心视场的像差，提高镜头在全视场的解像能力。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
-0.32<(SAG8-SAG7)/DM4<-0.3；（8）
5°<θ7max<10°；（9）
其中，SAG7表示第四透镜的物侧面在有效口径处的矢高，SAG8表示第四透镜的像侧面在有效口径处的矢高，DM4表示第四透镜的有效半口径，θ7max表示第四透镜的物侧面的最大面倾角。满足条件式（8）和（9）时，通过合理控制第四透镜的面型，有利于减小所述光学镜头的敏感度，提高生产良率。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
0.05mm<SAG8.1-SAG8.2<0.07mm；（10）
其中，SAG8.1表示第四透镜的像侧面在靠近光轴处的反曲点的矢高，SAG8.2表示第四透镜的像侧面在远离光轴处的反曲点的矢高。满足条件式（10）时，通过合理设置第四透镜像侧面上的反曲点的位置，能够使射出第四透镜像侧面的光线具有较小的出射角度，有利于减小所述光学镜头的鬼像能量，提高镜头的成像品质。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
0.3mm<SAG10max-SAG10<0.4mm；（11）
其中，SAG10表示第五透镜的像侧面在有效口径处的矢高，SAG10max表示第五透镜的像侧面上的最大矢高。满足条件式（11）时，能够合理控制第五透镜像侧面的面型，有利于提高所述光学镜头与传感器的匹配度，提高光学镜头的解像质量。
在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜均为塑胶非球面镜片。
下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在以下各个实施例中，光学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。
本发明各个实施例中非球面镜头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，距离非球面顶点的矢高，c为表面的近轴曲率，k为二次曲面系数，A2i为第2i阶的非球面面型系数。
第一实施例
请参阅图1，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、滤光片G1。
第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面，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为凹面，第四透镜的像侧面S8在近光轴处为凸面且具有两个反曲点；在本实施例中，第四透镜的像侧面S8上反曲点位置分别为，靠近光轴的反曲点与光轴的距离为0.399mm，远离光轴的反曲点与光轴的距离为0.648mm；
第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面S9在近光轴处为凸面且具有一个反曲点，第五透镜的像侧面S10在近光轴处为凹面且具有一个反曲点。
其中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5均为塑胶非球面镜片。
本发明第一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
请参照图2、图3、图4和图5，所示分别为光学镜头100的场曲曲线图、f-tanθ畸变曲线图、垂轴色差曲线图以及轴向色差曲线图。
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的场曲矫正良好。
图3的畸变曲线表示成像面上不同像高处的f-tanθ畸变。其中，图3中横轴表示f-tanθ畸变，纵轴表示视场角（单位：度）。从图3中可以看出，成像面上不同像高处的光学畸变控制在±15%以内，说明光学镜头100的光学畸变得到良好的矫正。
图4的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长（0.55um）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，说明该光学镜头100能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。
图5的轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差。其中，图5中横轴表示轴向色差值（单位：毫米），纵轴表示归一化光瞳半径。从图5中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.03毫米以内，说明该光学镜头100能够有效地矫正轴向色差。
第二实施例
本实施例中的光学镜头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，各透镜的曲率半径、材料选择不同，而且在本实施例中，第四透镜的像侧面S8上反曲点位置分别为：靠近光轴的反曲点与光轴的距离为0.376mm，远离光轴的反曲点与光轴的距离为0.677mm。
本实施例提供的光学镜头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的各非球面的面型系数如表4所示。
表4
请参照图6、图7、图8和图9，所示分别为本实施例中光学镜头的场曲曲线图、f-tanθ畸变曲线图、垂轴色差曲线图以及轴向色差曲线图。
图6表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图6中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.1毫米以内，说明光学镜头的场曲矫正良好。
图7表示成像面上不同像高处的f-tanθ畸变。从图7中可以看出，成像面上不同像高处的f-tanθ畸变控制在±15%以内，说明光学镜头的光学畸变得到良好的矫正。
图8表示最长波长与最短波长在成像面上不同像高处的色差。从图8中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±1.5微米以内，说明该光学镜头能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。
图9表示成像面处光轴上的像差。从图9中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.03毫米以内，说明该光学镜头能够有效地矫正轴向色差。
第三实施例
本实施例中的光学镜头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，各透镜的曲率半径、材料选择不同；而且在本实施例中，第四透镜的像侧面S8上反曲点位置分别为：靠近光轴的反曲点与光轴的距离为0.395mm，远离光轴的反曲点与光轴的距离为0.667mm。
本实施例提供的光学镜头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的各非球面的面型系数如表6所示。
表6
请参照图10、图11、图12和图13，所示分别为本实施例中光学镜头的场曲曲线图、f-tanθ畸变曲线图、垂轴色差曲线图以及轴向色差曲线图。
图10表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图10中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.1毫米以内，说明光学镜头的场曲矫正良好。
图11表示成像面上不同像高处的f-tanθ畸变。从图11中可以看出，成像面上不同像高处的f-tanθ畸变控制在±15%以内，说明光学镜头的光学畸变得到良好的矫正。
图12表示最长波长与最短波长在成像面上不同像高处的色差。从图12中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±1.5微米以内，说明该光学镜头能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。
图13表示成像面处光轴上的像差。从图13中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.03毫米以内，说明该光学镜头能够有效地矫正边轴向色差。
表7是上述三个实施例对应的光学特性，主要包括光学镜头的有效焦距f、光圈数F#、入瞳直径EPD、光学总长TTL、视场角2θ，以及与上述每个条件式对应的数值。
表7
综上，本发明提供的光学镜头具有以下的优点：
(1)由于光阑及各透镜形状设置合理，一方面使得光学镜头的头部外径可以做得较小，满足高屏占比的需求；另一方面，使得光学镜头的总长较短，体积较小，能够更好的满足便携式智能电子产品，例如手机的轻薄化的发展趋势。
(2)采用具有特定屈折力的五片塑胶非球面镜片，并且满足特定的面型搭配，使镜头的畸变及像差得到有效矫正，在满足大视场的同时具有良好的成像品质，较好的实现了广视角和高品质成像的均衡。
第四实施例
请参阅图14，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镜头（例如光学镜头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。
该成像设备400可以是智能手机、平板电脑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400包括光学镜头100，由于光学镜头100具有小体积、大视场以及解像能力高等优点，具有该光学镜头100的成像设备400也具有小体积、大视场以及解像能力高等优点。
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 (11)
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：
具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；
光阑；
具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，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为凹面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凸面且具有至少两个反曲点；
具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点；
其中，所述光学镜头中透镜的数量为五片，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塑胶非球面镜片；
所述光学镜头满足以下条件式：-1<R6/f<-0.5；0.9<f34/f<1.1；
其中，R6表示所述第三透镜的像侧面的曲率半径，f表示所述光学镜头的焦距，f34表示所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距。
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：1.4<R1/DM1<1.5；
其中，R1表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，DM1表示所述第一透镜的有效半口径。
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：0.3<SAG1/DM1<0.5；
其中，SAG1表示所述第一透镜的物侧面在有效口径处的矢高，DM1表示所述第一透镜的有效半口径。
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：1.2<R1/R2<1.6；
其中，R1表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R2表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径。
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：-5<(R5+R6)/(R5-R6)<-3；
其中，R5表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径，R6表示所述第三透镜的像侧面的曲率半径。
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：0.045<(SAG6-SAG5)/DM3<0.065；
其中，SAG5表示所述第三透镜的物侧面在有效口径处的矢高，SAG6表示所述第三透镜的像侧面在有效口径处的矢高，DM3表示所述第三透镜的有效半口径。
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：4<R7/R8<8；
其中，R7表示所述第四透镜的物侧面的曲率半径，R8表示所述第四透镜的像侧面的曲率半径。
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：-0.32<(SAG8-SAG7)/DM4<-0.3；
5°<θ7max<10°；
其中，SAG7表示所述第四透镜的物侧面在有效口径处的矢高，SAG8表示所述第四透镜的像侧面在有效口径处的矢高，DM4表示所述第四透镜的有效半口径，θ7max表示所述第四透镜的物侧面的最大面倾角。
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：0.05mm<SAG8.1-SAG8.2<0.07mm；
其中，SAG8.1表示所述第四透镜的像侧面在靠近光轴处的反曲点的矢高，SAG8.2表示所述第四透镜的像侧面在远离光轴处的反曲点的矢高。
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：0.3mm<SAG10max-SAG10<0.4mm；
其中，SAG10表示所述第五透镜的像侧面在有效口径处的矢高，SAG10max表示所述第五透镜的像侧面上的最大矢高。
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。
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