CN112731636A - 伸缩式三群连续变焦光学镜头、成像组件及手机 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域,具体涉及一种伸缩式三群连续变焦光学 镜头、成像组件及手机。
背景技术
随着手机摄像镜头相关技术的不断发展,消费者对于手机镜头的性能要 求越来越高,传统的定焦手机镜头搭配数字变焦的方案已经不能满足日益增 长的消费需求。连续光学变焦镜头具有在一定焦距范围内连续变焦的能力, 可以实现不同倍率的完美成像,因此成了各大手机镜头厂商努力的方向。但 是传统的连续光学变焦镜头方案无法直接迁移到手机上应用,最大的障碍在 于镜头体积方面,一般智能手机的厚度仅有不到10mm,而传统的光学变焦镜 头长度至少在几十毫米量级,因此将光学变焦镜头应用于手机摄像,面临巨 大困难。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种伸缩式三群连续变焦光学镜头、成像组件 及手机,旨在传统的连续放学变焦镜头无法直接应用在例如手机等厚度较薄 的电子设备的问题。
为实现上述目的,本发明提出的一种伸缩式三群连续变焦光学镜头,包 括镜头主体,沿所述镜头主体的光轴自物方至像方的方向为自前至后;
所述镜头主体包括镜筒以及设于所述镜筒内的变倍透镜组、补偿透镜组;
所述变倍透镜组包括具有负光焦度的第一透镜组及具有正光焦度的第二 透镜组,所述补偿透镜组包括具有负光焦度的第三透镜组,所述第一透镜组、 所述第二透镜组及所述第三透镜组自前至后依次布设,且相对所述镜筒分别 沿前后向可移动设置;
其中,所述第一透镜组的焦距为f1,所述第二透镜组的焦距为f2,所述第 三透镜组的焦距为f3,所述第一透镜组与所述第二透镜组在广角端时的间距 为dw12,所述第一透镜组与所述第二透镜组在望远端时的间距为dt12,所述第 二透镜组与所述第三透镜组在广角端时的间距为dw23,所述第二透镜组与所述 第三透镜组在望远端时的间距为dt23,满足以下关系式:
可选地,所述镜头主体还包括光阑,所述光阑设于所述第二透镜组,且 相对所述第二透镜组固定,以能够被所述第二透镜组带动而沿前后向移动。
可选地,所述光阑设于所述第二透镜组的前侧。
可选地,所述第一透镜组包括自前至后依次设置的第一透镜及第二透镜;
所述第二透镜组包括自前至后依次设置的第三透镜及第四透镜,其中, 所述第四透镜为双胶透镜;
所述第三透镜组包括第五透镜及第六透镜;
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、 所述第五透镜及所述第六透镜均为非球面透镜。
可选地,所述镜头主体还包括驱动装置,所述驱动装置用以分别驱动所 述第一透镜组、所述第二透镜组及所述第三透镜组沿前后向移动。
可选地,所述驱动装置包括:
CAM筒驱动机构,设于所述镜筒,用以分别驱动所述第一透镜组及所述 第二透镜组沿前后向移动;以及,
VCM驱动机构,设于所述镜筒,用以驱动所述第三透镜组沿前后向移动。
可选地于,所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组及所述 第四透镜组沿前后向移动至相互远离时,所述镜头主体的长度为 16.34~19.24mm。
可选地,所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组及所述第 四透镜组沿前后向移动至相互靠近时,所述镜头主体的最短光学长度为 7.0mm-7.9mm。
此外,为实现上述目的,本发明还提供一种成像组件,包括可伸缩的连 续变焦镜头,所述伸缩式三群连续变焦光学镜头包括镜头主体,沿所述镜头 主体的光轴自物方至像方的方向为自前至后;
所述镜头主体包括镜筒以及设于所述镜筒内的变倍透镜组、补偿透镜组;
所述变倍透镜组包括具有负光焦度的第一透镜组及具有正光焦度的第二 透镜组,所述补偿透镜组包括具有负光焦度的第三透镜组,所述第一透镜组、 所述第二透镜组及所述第三透镜组自前至后依次布设,且相对所述镜筒分别 沿前后向可移动设置;
其中,所述第一透镜组的焦距为f1,所述第二透镜组的焦距为f2,所述第 三透镜组的焦距为f3,所述第一透镜组与所述第二透镜组在广角端时的间距 为dw12,所述第一透镜组与所述第二透镜组在望远端时的间距为dt12,所述第 二透镜组与所述第三透镜组在广角端时的间距为dw23,所述第二透镜组与所述 第三透镜组在望远端时的间距为dt23,满足以下关系式:
此外,为实现上述目的,本发明还提供一种手机,所述手机包括如上所 述的成像组件。
本发明提供的技术方案中,变倍透镜组与补偿透镜组之间的相对移动, 使得镜头主体的焦距可调节,便利于镜头主体应用在更多的场景中;当由于 变倍透镜组与补偿透镜组之间的相对移动,导致镜头主体产生相差而降低成 像清晰度时,补偿透镜组中的第三透镜组能够进行像面补偿,从而有助于提 高成像清晰度;变倍透镜组中第一透镜组与第二透镜组之间的相对移动,能 够实现镜头主体的连续变焦,且结合上述关系式,能够权衡连续变焦时的成 像品质与镜头主体的尺寸,从而有利于镜头主体在手机等带有成像功能且厚度较薄的电子设备上的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实 施例或现有技术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示出的结构获得其他的 附图。
图1为本发明提供的镜头主体(第一状态)的一实施例的结构示意图;
图2为图1中镜头主体(第二状态)的结构示意图;
图3为图1中镜头主体(第三状态)的结构示意图
图4为图1中镜头主体的广角端MTF曲线图;
图5为图1中镜头主体的中焦端MTF曲线图;
图6为图1中镜头主体的望远端MTF曲线图;
附图标号说明:
标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
100 | 第一透镜组 | 220 | 第四透镜 |
110 | 第一透镜 | 300 | 第三透镜组 |
120 | 第二透镜 | 310 | 第五透镜 |
200 | 第二透镜组 | 320 | 第六透镜 |
210 | 第三透镜 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步 说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例, 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有 作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明,若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、 前、后……),则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示) 下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时, 则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、 “第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者 隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以 明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,全文中出现的“和/或”的含义, 包括三个并列的方案,以“A和/或B”为例,包括A方案、或B方案、或A和B同 时满足的方案。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须 是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保 护范围之内。
随着手机摄像镜头相关技术的不断发展,消费者对于手机镜头的性能要 求越来越高,传统的定焦手机镜头搭配数字变焦的方案已经不能满足日益增 长的消费需求。连续光学变焦镜头具有在一定焦距范围内连续变焦的能力, 可以实现不同倍率的完美成像,因此成了各大手机镜头厂商努力的方向。但 是传统的连续光学变焦镜头方案无法直接迁移到手机上应用,最大的障碍在 于镜头体积方面,一般智能手机的厚度仅有不到10mm,而传统的光学变焦镜 头长度至少在几十毫米量级,因此将光学变焦镜头应用于手机摄像,面临巨 大困难。
请参阅图1至图3,本发明提供的伸缩式三群连续变焦光学镜头包括镜头 主体,沿所述镜头主体的光轴自物方至像方的方向为自前至后;所述镜头主 体包括镜筒以及设于所述镜筒内的变倍透镜组、补偿透镜组;所述变倍透镜 组包括具有负光焦度的第一透镜组100及具有正光焦度的第二透镜组200,所 述补偿透镜组包括具有负光焦度的第三透镜组300,所述第一透镜组100、所 述第二透镜组200及所述第三透镜组300自前至后依次布设,且相对所述镜 筒分别沿前后向可移动设置;其中,所述第一透镜组100的焦距为f1,所述第二透镜组200的焦距为f2,所述第三透镜组300的焦距为f3,所述第一透镜 组100与所述第二透镜组200在广角端时的间距为dw12,所述第一透镜组100 与所述第二透镜组200在望远端时的间距为dt12,所述第二透镜组200与所述 第三透镜组300在广角端时的间距为dw23,所述第二透镜组200与所述第三透 镜组300在望远端时的间距为dt23,满足以下关系式:
本发明提供的技术方案中,变倍透镜组与补偿透镜组之间的相对移动, 使得镜头主体的焦距可调节,便利于镜头主体应用在更多的场景中;当由于 变倍透镜组与补偿透镜组之间的相对移动,导致镜头主体产生相差而降低成 像清晰度时,补偿透镜组中的第三透镜组300能够进行像面补偿,从而有助 于提高成像清晰度;变倍透镜组中第一透镜组100与第二透镜组200之间的 相对移动,能够实现镜头主体的连续变焦,且结合上述关系式,能够权衡连 续变焦时的成像品质与镜头主体的尺寸,从而有利于镜头主体在手机等带有 成像功能且厚度较薄的电子设备上的应用。
可以理解,所述变倍透镜组主要承担变倍作用,能够实现镜头主体自广 角端至望远端之间的连续变焦;所述补偿透镜组主要承担像面补偿作用,能 够在镜头主体进行连续变焦的过程中,对像面进行补偿,从而保证镜头主体 连续变焦时的成像质量。其中,所述变倍透镜组的变倍原理、所述补偿透镜 组的像面补偿原理已为现有技术,此处不做详述。
第一透镜组100、第二透镜组200及第三透镜组300均设置在镜筒内,且 相对镜头沿前后向移动,可以理解,第一透镜组100、第二透镜组200及第三 透镜组300中的每一透镜组在前后移动时,与相邻的透镜组之间存在相互靠 近和相互远离的活动行程,通过调节变倍透镜组内第一透镜组100、第二透镜 组200之间的相对位置,能够对应改变镜头主体的焦距,实现调节所述镜头 主体变动至所需倍数;通过调节第三透镜组300在镜筒内的相对位置,可实 现调节所述镜头主体成像画面至所需成像质量。
在第一透镜组100、第二透镜组200及第三透镜组300按照上述关系式进 行设置时,能够实现镜头主体的变焦功能、像面补偿功能及镜头主体的尺寸 在适宜范围内,从而提高镜头主体在不同应用场景,例如不同厚度要求的电 子设备上的应用。且在镜头主体满足上述关系式时,镜头主体能够实现连续 变焦范围为9.1mm~18.2mm。请参阅图4至图6,为本设计中的镜头主体的广 角端MTF曲线图、中焦端MTF曲线图以及望远端MTF曲线图。
此外,在一实施例中,所述第一透镜组100、所述第二透镜组200及所述 第三透镜组300沿前后向移动至相互远离时,所述镜头主体的长度为 16.34~19.24mm。可以理解,所述镜头主体的镜筒设置为可伸缩结构,能够在 所述第一透镜组100、所述第二透镜组200及所述第三透镜组300沿前后向移 动时,被带动而进行伸缩变形;或者,镜筒可以设置为相对例如手机主体可 前后移动设置,从而能够在所述第一透镜组100、所述第二透镜组200及所述 第三透镜组300沿前后向移动时,被带动沿前后向移动至至少部分收容在手 机主体内、以及至少部分突出于手机主体的外壁。如此设置,使得当所述第 一透镜组100、所述第二透镜组200及所述第三透镜组300相互远离时,镜头 主体的长度为16.34~19.24mm,当镜头主体的长度处于上述范围内时,避免在 用户使用手机时,突出的镜头与用户的相关操作之间产生干涉,互相影响。
基于上述,在一实施例中,所述第一透镜组100、所述第二透镜组200、 所述第三透镜组300及所述第四透镜220组沿前后向移动至相互靠近时,所 述镜头主体的光学长度为7.0mm-7.9mm,具体可选为7.9mm,机械长度小于 8.4mm,满足智能手机对于镜头长度的要求,使得镜头主体在无需使用时,尽 可能多地进行收缩收纳。
所述第一透镜组100、所述第二透镜组200及所述第三透镜组300的沿前 后向移动,可以通过用户手动操作实现,或者在一实施例中,所述镜头主体 还包括驱动装置,所述驱动装置用以分别驱动所述第一透镜组100、所述第二 透镜组200及所述第三透镜组300沿前后向移动,实现所述第一透镜组100、 所述第二透镜组200及所述第三透镜组300自动且更为精确的移动。
具体而言,在一实施例中,所述驱动装置包括CAM筒驱动机构以及VCM 驱动机构,其中,所述CAM筒驱动机构设于所述镜筒,用以分别驱动所述第 一透镜组100及所述第二透镜组200沿前后向移动;所述VCM驱动机构设于 所述镜筒,用以驱动所述第三透镜组300沿前后向移动。
所述CAM筒驱动机构已为成熟技术,此处不作详述。以第一透镜组100 为例,所述CAM筒驱动机构例如表现为,第一透镜组100设有对第一透镜组 100内的透镜进行支撑的框架结构,该框架结构与一CAM筒活动套接,框架 结构处设置有导柱,CAM筒对应导柱设有CAM槽,导柱与CAM槽活动连 接,从而实现第一透镜组100相对镜筒的移动。
所述VCM驱动机构同样为成熟技术,此处不作详述。所述VCM驱动机 构例如表现为,第三透镜组300设有对第三透镜组300内的透镜进行支撑的 框架结构,该框架结构的外侧壁上设有第一磁块及长条状的位置感应磁片, 该长条状的位置感应磁片沿前后向延伸;在镜筒上与磁块相对且用于驱动该 框架结构前后移动的VCM马达线圈、以及与位置感应磁片相对且用于检测该 框架结构的位置的磁电阻式传感器,VCM马达线圈设有前后朝向的线圈槽, 该线圈槽中***固定有第二磁块,第一磁块与第二磁块相互靠近的端部的磁 极相互吸引。
进一步地,在一实施例中,所述镜头主体还包括光阑,所述光阑设于所 述第二透镜组200,且相对所述第二透镜组200固定,以能够被所述第二透镜 组200带动而沿前后向移动。所述光阑为孔径光阑,能够限制成像光束最甚 的光阑;光阑的位置及通光孔的大小对镜头主体所成像的明亮程度、清晰度 和部分像差的大小有直接关系。将光阑设置在第二透镜组200处,且跟随第 二透镜组200沿前后向同步移动,能够在镜头主体的变焦过程中,达到较为 适宜的成像的明亮程度、清晰度。
可以理解,光阑的通光孔越小,球差越小,像越清晰,景深越大,但像 的明亮程度越弱;反之,光阑的通光孔越大,像的明亮程度越强,大米球差 越大,相对清晰度越差,景深越小。因此,光阑的通光孔的尺寸需要设置在 适宜范围内。在本实施例中,所述光阑的通光孔可以设置为固定尺寸,也可 以设置为在一定尺寸范围内内可调节。
在一实施例中,所述光阑设于所述第二透镜组200的前侧,避免光阑的 设置对第二透镜组200内的透镜造成干涉。
在一实施例中,所述第一透镜组100包括自前至后依次设置的第一透镜 110及第二透镜120;所述第二透镜组200包括自前至后依次设置的第三透镜 210及第四透镜220,其中,所述第四透镜220为双胶透镜;所述第三透镜组 300包括第五透镜310及第六透镜320;其中,所述第一透镜110、所述第二 透镜120、所述第三透镜210、所述第四透镜220、所述第五透镜310及所述 第六透镜320均为非球面透镜。
具体地,请参照下述表1至表4,提供了实现可伸缩的连续变焦光学镜头 的具体数据。其中,表1中的S1~S19代表各光学元件的面序号,R代表光学 元件的曲率半径,D代表光学元件的厚度或空气间隔,Nd代表所用光学材料 的d光折射率,Vd代表所用光学材料的d光阿贝数;表2中的f’代表*** 焦距,F-number为***F数,ω为***半视场角;表3中的D1代表第一透 镜组100100与第二透镜组200200的可变间距,D2代表第二透镜组200200 与第三透镜组300300的可变间距,D3代表第三透镜组300300与像面的可变 间距;所述第一透镜110110、所述第二透镜120120、所述第三透镜210210、 所述第四透镜220220、所述第五透镜310310及所述第六透镜320410均为非 球面透镜,表4给出了非球面透镜的所有表面的非球面系数,其中K为非球 面的二次曲面系数,A4~A20为偶次非球面系数。
表1
面序号 | 曲率半径R(mm) | 间距D(mm) | 折射率Nd | 阿贝数Vd |
S1 | 93.40~93.50 | 0.3 | 1.8~1.9 | 35~40 |
S2 | 6.90~6.95 | 0.025~0.030 | ||
S3 | 7.52~7.53 | 0.8 | 1.6~1.7 | 18~23 |
S4 | 19.21~19.22 | 6.59~6.60 | ||
Stop | INF | -0.2 | ||
S6 | 4.74~4.75 | 1.9 | 1.45~1.55 | 80~85 |
S7 | -13.94~-13.95 | 0.02 | ||
S8 | 10.37~10.38 | 1.1 | 1.5~1.6 | 55~60 |
S9 | -25.96~25.97 | 0.3 | 1.6~1.7 | 20~25 |
S10 | 12.22~12.23 | 5.25~5.26 | ||
S11 | 6.99~7.00 | 0.35 | 1.5~1.6 | 55~60 |
S12 | 2.55~2.56 | 0.25~0.26 | ||
S13 | 9.15~9.16 | 0.7 | 1.6~1.7 | 18~23 |
S14 | 28.34~27.35 | 0 | ||
S15 | INF | 1.83~1.84 | ||
S16 | INF | 0 | ||
S17 | INF | 0.65~0.66 | ||
IMAGE | INF |
表2
***焦距f’ | F数F-number | 半视场角ω | |
广角端 | 9.1 | 1.94 | 25.6 |
中焦端 | 13.6 | 2.3 | 16.9 |
望远端 | 18.2 | 2.67 | 12.7 |
表3
D1 | D2 | D3 | |
广角端 | 6.59 | 5.25 | 1.83 |
中焦端 | 2.35 | 5.31 | 3.56 |
望远端 | 0.14 | 5.43 | 5.21 |
表4
此外,本发明还提出一种成像组件,所述成像组件包括上述可伸缩的连 续变焦光学镜头。
需要说明的是,成像组件内的可伸缩的连续变焦光学镜头的详细结构可 参照上述可伸缩的连续变焦光学镜头的实施例,此处不再赘述;由于在本发 明的成像组件中使用了上述可伸缩的连续变焦光学镜头,因此,本发明的成 像组件的实施例包括上述可伸缩的连续变焦光学镜头全部实施例的全部技术 方案,且所达到的技术效果也完全相同,在此不再赘述。
此外,本发明还提出一种手机,所述成像组件包括上述成像组件。
需要说明的是,手机内的成像组件的详细结构可参照上述成像组件的实 施例,此处不再赘述;由于在本发明的手机中使用了上述成像组件,因此, 本发明的手机的实施例包括上述成像组件全部实施例的全部技术方案,且所 达到的技术效果也完全相同,在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围, 凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构 变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范 围内。
Claims (10)
1.一种伸缩式三群连续变焦光学镜头,其特征在于,包括镜头主体,沿所述镜头主体的光轴自物方至像方的方向为自前至后;
所述镜头主体包括镜筒以及设于所述镜筒内的变倍透镜组、补偿透镜组;
所述变倍透镜组包括具有负光焦度的第一透镜组及具有正光焦度的第二透镜组,所述补偿透镜组包括具有负光焦度的第三透镜组,所述第一透镜组、所述第二透镜组及所述第三透镜组自前至后依次布设,且相对所述镜筒分别沿前后向可移动设置;
其中,所述第一透镜组的焦距为f1,所述第二透镜组的焦距为f2,所述第三透镜组的焦距为f3,所述第一透镜组与所述第二透镜组在广角端时的间距为dw12,所述第一透镜组与所述第二透镜组在望远端时的间距为dt12,所述第二透镜组与所述第三透镜组在广角端时的间距为dw23,所述第二透镜组与所述第三透镜组在望远端时的间距为dt23,满足以下关系式:
2.如权利要求1所述的伸缩式三群连续变焦光学镜头,其特征在于,所述镜头主体还包括光阑,所述光阑设于所述第二透镜组,且相对所述第二透镜组固定,以能够被所述第二透镜组带动而沿前后向移动。
3.如权利要求2所述的伸缩式三群连续变焦光学镜头,其特征在于,所述光阑设于所述第二透镜组的前侧。
4.如权利要求1至3任意一项所述的伸缩式三群连续变焦光学镜头,其特征在于,所述第一透镜组包括自前至后依次设置的第一透镜及第二透镜;
所述第二透镜组包括自前至后依次设置的第三透镜及第四透镜,其中,所述第四透镜为双胶透镜;
所述第三透镜组包括第五透镜及第六透镜;
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、所述第五透镜及所述第六透镜均为非球面透镜。
5.如权利要求1至3任意一项所述的伸缩式三群连续变焦光学镜头,其特征在于,所述镜头主体还包括驱动装置,所述驱动装置用以分别驱动所述第一透镜组、所述第二透镜组及所述第三透镜组沿前后向移动。
6.如权利要求5所述的伸缩式三群连续变焦光学镜头,其特征在于,所述驱动装置包括:
CAM筒驱动机构,设于所述镜筒,用以分别驱动所述第一透镜组及所述第二透镜组沿前后向移动;以及,
VCM驱动机构,设于所述镜筒,用以驱动所述第三透镜组沿前后向移动。
7.如权利要求1所述的伸缩式三群连续变焦光学镜头,其特征在于,所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组及所述第四透镜组沿前后向移动至相互远离时,所述镜头主体的长度为16.34~19.24mm。
8.如权利要求1所述的伸缩式三群连续变焦光学镜头,其特征在于,所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组及所述第四透镜组沿前后向移动至相互靠近时,所述镜头主体的最短光学长度为7.0mm-7.9mm。
9.一种成像组件,其特征在于,包括如权利要求1至8任意一项所述的可伸缩的连续变焦镜头。
10.一种手机,其特征在于,包括如权利要求9所述的成像组件。
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