CN113281889A - 微距显微光学成像***、成像模组以及手机 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种微距显微光学成像***、成像模组以及手机。上述的微距显微光学成像***沿光轴从物侧至像侧依次包括具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的像侧面于光轴处为凸面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面于光轴处为凹面；具有负光焦度的第三透镜；以及成像面；所述微距显微光学成像***满足以下关系式：0＜f×AG12min＜0.5；其中，f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距，AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。通过对第一透镜以及第二透镜之间的间距进行调整，再满足微距显微光学成像***对应的关系式，使得在微距拍摄的成像清晰的情况下，缩短微距拍摄的距离。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种微距显微光学成像***、成像模组以及手机。
背景技术
随着智能手机的普及，用手机随时随地的拍照成为了人们生活的一部分。但是相对于专业相机，智能手机在很多功能上仍旧显得不足，例如当用手机进行微距拍摄时，往往放大倍数过小或者微距拍摄不够清晰。原因在于一般手机的拍摄镜头主要是针对常规焦段进行设计的，没有兼顾短焦微距时的清晰度问题；为了解决这个问题，有一些厂家采用在手机上外接一个镜头来进行微距拍摄。
然而，由于传统的微距拍摄镜头的感光片的位置固定，导致成像的焦点位置向后偏移，从而导致成像的清晰度急剧下降，进而导致传统的微距拍摄镜头的拍摄距离还是停留在厘米级别上，无法实现更近距离的拍摄。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种缩短微距拍摄的距离的微距显微光学成像***、成像模组以及手机。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种微距显微光学成像***，沿光轴从物侧至像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的像侧面于光轴处为凸面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面于光轴处为凹面；具有负光焦度的第三透镜；以及成像面；所述微距显微光学成像***满足以下关系式：0＜f×AG12min＜0.5；其中，f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距， AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：-3<f2/R11<0；其中， f2表示所述第二透镜的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：0.94<R11<7.96。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：-10<R22/R31<0；其中，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：-5.23<R22<-0.99， 0.50<R31<0.68。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：CT1/ΣCT<0.5；其中， CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度值，ΣCT表示各透镜在光轴上的厚度总值。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：1.0＜ZD/f1＜1.4；其中，ZD表示所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面在光轴上的距离，f1表示所述第一透镜的有效焦距。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：3.0＜FNO＜3.5；其中，FNO表示所述微距显微光学成像***的光圈数。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：n1+n2＝3.21；其中， n1表示所述第一透镜的折射率，n2表示所述第二透镜的折射率。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***还包括红外截止滤光片，所述红外截止滤光片位于所述第三透镜与所述成像面之间。
一种成像模组，包括感光件以及上述任一实施例所述的微距显微光学成像***，所述感光件位于所述微距显微光学成像***的像侧。
一种手机，包括上述的成像模组。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
通过对第一透镜以及第二透镜之间的间距进行调整，再满足微距显微光学成像***对应的关系式，即有效焦距与第一透镜和第二透镜之间的最小间距的关系，使得在成像面上的光通量增大，从而使得对实物的成像全部呈现在成像面上，进而使得在微距拍摄的成像清晰的情况下，缩短微距拍摄的距离。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。
图1为一实施例中微距显微光学成像***的结构示意图；
图2为图1所示的微距显微光学成像***的光路示意图；
图3A至图3D分别为实施例1的微距显微光学成像***的球差曲线图、像散曲线图、畸变曲线图以及倍率色差曲线图；
图4为本申请实施例2的微距显微光学成像***的结构示意图；
图5A至图5D分别为实施例2的微距显微光学成像***的球差曲线图、像散曲线图、畸变曲线图以及倍率色差曲线图；
图6为本申请实施例3的微距显微光学成像***的结构示意图；
图7A至图7D分别为实施例3的微距显微光学成像***的球差曲线图、像散曲线图、畸变曲线图以及倍率色差曲线图；
图8为本申请实施例4的微距显微光学成像***的结构示意图；
图9A至图9D分别为实施例4的微距显微光学成像***的球差曲线图、像散曲线图、畸变曲线图以及倍率色差曲线图；
图10为本申请实施例5的微距显微光学成像***的结构示意图；
图11A至图11D分别为实施例5的微距显微光学成像***的球差曲线图、像散曲线图、畸变曲线图以及倍率色差曲线图；
图12为本申请实施例6的微距显微光学成像***的结构示意图；
图13A至图13D分别为实施例6的微距显微光学成像***的球差曲线图、像散曲线图、畸变曲线图以及倍率色差曲线图。
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的较佳实施方式。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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
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方式的目的，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。
在本说明书中，物体相对于光学元件所处的一侧空间称为该光学元件的物侧，对应的，物体所成的像相对于光学元件所处的一侧空间称为该光学元件的像侧。每个透镜中最靠近物体的表面称为物侧面，每个透镜中最靠近成像面的表面称为像侧面。并定义物侧至像侧为距离的正向。
另外，在下文的描述中，若出现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近光轴处为凸面；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近光轴处为凹面。此处近光轴处是指光轴附近的区域。
以下将对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。
请参阅图1，其为本发明一实施例的微距显微光学成像***的结构示意图，所述微距显微光学成像***包括三片透镜，即第一透镜L1、第二透镜L2以及第三透镜L3，三片透镜沿光轴从物侧至像侧依次设置。其中，虚线为光轴所在直线。
所述第一透镜的像侧面于光轴处为凸面，且所述第二透镜的物侧面于光轴处为凹面，使得所述第一透镜与所述第二透镜之间的间距有大有小，而且，所述第一透镜具有正光焦度，实现对光线的聚焦，所述第二透镜具有负光角度，是对透过所述第一透镜的光线进行发散，便于后续对成像面上的光通量的调整，实现对毫米级别的微距拍摄。
在本实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：0＜f×AG12min＜0.5；其中， f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距，AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。f×AG12min可以是0.088、0.092、0.152、0.198、0.437或者0.481。通过对第一透镜以及第二透镜之间的间距进行调整，再满足微距显微光学成像***对应的关系式，即有效焦距与第一透镜和第二透镜之间的最小间距的关系，使得在成像面上的光通量增大，从而使得对实物的成像全部呈现在成像面上，进而使得在微距拍摄的成像清晰的情况下，缩短微距拍摄的距离。在本实施例中，所述微距显微光学成像***只对所述第一透镜以及所述第二透镜进行调整，即调整所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距，使得所述微距显微光学成像***能在与物距为3至5毫米时进行超微距拍摄，而且，确保在成像面上的图像清晰。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：-3<f2/R11<0；其中， f2表示所述第二透镜的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径。在本实施例中，f2/R11可以是-2.970、-1.641、-1.572、-1.499、-0.866或者-0.179。通过选取数量较少的透镜，使得所述微距显微光学成像***的体积减小，并且，通过对第一透镜以及第二透镜之间的间距进行调整，再满足微距显微光学成像***对应的关系式，即有效焦距与第一透镜和第二透镜之间的最小间距的关系，使得在成像面上的光通量增大，从而使得对实物的成像全部呈现在成像面上，进而使得在微距拍摄的成像清晰的情况下，缩短微距拍摄的距离。其中，通过对f2/R11的数值调整，便于缩短所述微距显微光学成像***的微距拍摄距离，从而便于在确保在成像面上的图像清晰的情况下，进一步缩短所述微距显微光学成像***与实物之间的拍摄距离，实现毫米级别的超微距拍摄。在另一实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：0.94<R11<7.96。在所述第一透镜的型号确定后，只需通过调整第二透镜的有效焦距，以便于调整f2/R11，从而便于缩短所述微距显微光学成像***的微距拍摄的距离。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：-10<R22/R31<0；其中，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径。在本实施例中，R22/R31可以是-9.764、-3.559、-3.022、-2.177、-2.166或者-1.471。通过选取数量较少的透镜，使得所述微距显微光学成像***的体积减小，并且，通过对第一透镜以及第二透镜之间的间距进行调整，再满足微距显微光学成像***对应的关系式，即有效焦距与第一透镜和第二透镜之间的最小间距的关系，使得在成像面上的光通量增大，从而使得对实物的成像全部呈现在成像面上，进而使得在微距拍摄的成像清晰的情况下，缩短微距拍摄的距离。其中，通过对R22/R31的数值调整，便于缩短所述微距显微光学成像***的微距拍摄距离，从而便于在确保在成像面上的图像清晰的情况下，进一步缩短所述微距显微光学成像***与实物之间的拍摄距离，实现毫米级别的超微距拍摄。在另一实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：-5.23<R22<-0.99，0.50<R31<0.68。在所述第二透镜以及所述第三透镜的其中一个的透镜规格确定了，可以通过调整另一个透镜的曲率半径，以便于调整R22/R31，从而便于缩短所述微距显微光学成像***的微距拍摄的距离。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：CT1/ΣCT<0.5；其中， CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度值，ΣCT表示各透镜在光轴上的厚度总值。在本实施例中，CT1/ΣCT可以是0.348、0.369、0.378、0.396、0.424或者0.463。各透镜的镜片厚度不同，根据各透镜的物侧面和像侧面的形状，调整第一透镜在光轴上的厚度与微距显微光学成像***中的透镜总长度。而为了降低对微距拍摄的距离产生影响，通过对第一透镜在光轴上的厚度的调整，便于光线更好地在中进行传播，即确保光线在第一透镜后靠近光轴，从而便于进一步地缩短所述微距显微光学成像***的微距拍摄的距离。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：1.0＜ZD/f1＜1.4；其中，ZD表示所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面在光轴上的距离，f1表示所述第一透镜的有效焦距。在本实施例中，ZD/f1可以是1.035、1.109、1.211、1.288、1.289或者1.301。通过选取数量较少的透镜，使得所述微距显微光学成像***的体积减小，并且，通过对第一透镜以及第二透镜之间的间距进行调整，再满足微距显微光学成像***对应的关系式，即有效焦距与第一透镜和第二透镜之间的最小间距的关系，使得在成像面上的光通量增大，从而使得对实物的成像全部呈现在成像面上，进而使得在微距拍摄的成像清晰的情况下，缩短微距拍摄的距离。其中，对ZD/f1的数值调整，使得在第二透镜与第三透镜的规格确定之后，通过调整第一透镜的有效焦距，便于缩短所述微距显微光学成像***的微距拍摄距离，从而便于在确保在成像面上的图像清晰的情况下，进一步缩短所述微距显微光学成像***与实物之间的拍摄距离，实现毫米级别的超微距拍摄。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：3.0＜FNO＜3.5；其中，FNO表示所述微距显微光学成像***的光圈数。在本实施例中，FNO可以是3.125、3.231、 3.276、3.305、3.311或者3.390。通过选取数量较少的透镜，使得所述微距显微光学成像***的体积减小，并且，通过对第一透镜以及第二透镜之间的间距进行调整，再满足微距显微光学成像***对应的关系式，即有效焦距与第一透镜和第二透镜之间的最小间距的关系，使得在成像面上的光通量增大，从而使得对实物的成像全部呈现在成像面上，进而使得在微距拍摄的成像清晰的情况下，缩短微距拍摄的距离。其中，对FNO的数值调整，便于对微距显微光学成像***的放大倍数进行调整，从而便于缩短所述微距显微光学成像***的微距拍摄距离，进而便于在确保在成像面上的图像清晰的情况下，进一步缩短所述微距显微光学成像***与实物之间的拍摄距离，实现毫米级别的超微距拍摄。
在其中一个实施例中，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：n1+n2＝3.21；其中，表示所述第一透镜的折射率，n2表示所述第二透镜的折射率。在本实施例中，第一透镜的折射率n1为1.54，第二透镜的折射率n2为1.67，便于对第一透镜以及第二透镜的材料进行确定，减少了透镜材料对f×AG12min的影响程度，使得只需要对第一透镜与第二透镜之间的最小间距进行调整即可。
下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的微距显微光学成像***的具体实施例。
实施例1
以下参照图1至图3D描述本申请实施例1的微距显微光学成像***。
图1示出了实施例1的微距显微光学成像***的结构示意图。如图1所示，微距显微光学成像***沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、红外截止滤光片L4以及成像面S9，红外截止滤光片位于第三透镜与成像面之间。而且，图2示出了实施例1的微距显微光学成像***的光路路径，以便于说明在微距拍摄时，对于光线的传播路径进行调整，使得微距显微光学成像***用于毫米级别的拍摄。
第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1和像侧面S2于光轴处均为非球面，而且，第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凸面，于圆周处为凸面，第一透镜L1的像侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2具有负光焦度，其物侧面S3和像侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凹面，第二透镜L2的像侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第三透镜L3具有负光焦度，其物侧面S5和像侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的像侧面S6为凹面，于圆周处为凸面；
第一透镜L1的物侧面S1设置有光阑STO，以进一步提高微距显微光学成像***的图像的清晰度，从而提高微距显微光学成像***的成像质量。
微距显微光学成像***还包括具有物侧面S7和像侧面S8的红外截止滤光片L4，第三透镜L3的像侧设置有红外截止滤光片L4，即红外截止滤光片L4位于第三透镜L3与成像面S9 之间，以便于对光线进行过滤，即红外截止滤光片L4用于将红外光滤除，确保指定波长的光线透过。
表1示出了实施例1的微距显微光学成像***的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，第一透镜L1的物侧面至光学成像***的成像面S9在光轴上的距离、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表1
由表1可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用塑料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表2给出了可用于实施例1中透镜非球面S1至S6的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14以及A16。
表2
结合表1和表2中的数据可知，实施例1中的微距显微光学成像***满足：
f×AG12min＝0.152，其中，f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距，AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。
f2/R11＝-1.641，其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径。
R22/R31＝-2.177，其中，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径。
CT1/ΣCT＝0.396，其中，CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度值，ΣCT表示各透镜在光轴上的厚度总值。
ZD/f1＝1.289，其中，ZD表示所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面在光轴上的距离，f1表示所述第一透镜的有效焦距。
FNO＝3.390，n1＝1.54，n2＝1.67，其中，FNO表示所述微距显微光学成像***的光圈数， n1表示所述第一透镜的折射率，n2表示所述第二透镜的折射率。
图3A示出了实施例1的微距显微光学成像***的球差曲线，其分别表示波长为470nm、 510nm、555nm、610nm以及650nm的光线经由微距显微光学成像***后的会聚焦点偏离；图3B示出了实施例1的微距显微光学成像***的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图3C示出了实施例1的微距显微光学成像***的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图3D示出了实施例1的微距显微光学成像***的倍率色差，其分别表示波长为470nm、510nm、555nm、610nm以及650nm的光线由微距显微光学成像***的放大倍率。根据图3A至图3D可知，对微距显微光学成像***的f×AG12min数值进行了调整，便于对微距拍摄的距离进行调整，从而可以有效地缩短微距显微光学成像***与实物之间的拍摄间距，具体的，有效的微距拍摄间距可以达到3至5毫米，实现了超微距拍摄。
实施例2
以下参照图4至图5D描述本申请实施例2的微距显微光学成像***。
图4示出了实施例2的微距显微光学成像***的结构示意图。如图4所示，微距显微光学成像***沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、红外截止滤光片L4以及成像面S9，红外截止滤光片位于第三透镜与成像面之间。
第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1和像侧面S2于光轴处均为非球面，而且，第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第一透镜L1的像侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2具有负光焦度，其物侧面S3和像侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凹面，第二透镜L2的像侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3具有负光焦度，其物侧面S5和像侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的像侧面S6为凹面，于圆周处为凸面；
第一透镜L1的物侧面S1设置有光阑STO，以进一步提高微距显微光学成像***的图像的清晰度，从而提高微距显微光学成像***的成像质量。
微距显微光学成像***还包括具有物侧面S7和像侧面S8的红外截止滤光片L4，第三透镜L3的像侧设置有红外截止滤光片L4，即红外截止滤光片L4位于第三透镜L3与成像面S9 之间，以便于对光线进行过滤，即红外截止滤光片L4用于将红外光滤除，确保指定波长的光线透过。
表3示出了实施例2的微距显微光学成像***的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，第一透镜L1的物侧面至光学成像***的成像面S9在光轴上的距离、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表3
由表3可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用塑料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表4给出了可用于实施例2中透镜非球面S1至S6的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14以及A16。
表4
结合表3和表4中的数据可知，实施例2中的微距显微光学成像***满足：
f×AG12min＝0.481，其中，f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距，AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。
f2/R11＝-0.866，其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径。
R22/R31＝-3.022，其中，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径。
CT1/ΣCT＝0.369，其中，CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度值，ΣCT表示各透镜在光轴上的厚度总值。
ZD/f1＝1.035，其中，ZD表示所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面在光轴上的距离，f1表示所述第一透镜的有效焦距。
FNO＝3.305，n1＝1.54，n2＝1.67，其中，FNO表示所述微距显微光学成像***的光圈数， n1表示所述第一透镜的折射率，n2表示所述第二透镜的折射率。
图5A示出了实施例2的微距显微光学成像***的球差曲线，其分别表示波长为470nm、 510nm、555nm、610nm以及650nm的光线经由微距显微光学成像***后的会聚焦点偏离；图5B示出了实施例2的微距显微光学成像***的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图5C示出了实施例2的微距显微光学成像***的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图5D示出了实施例2的微距显微光学成像***的倍率色差，其分别表示波长为470nm、510nm、555nm、610nm以及650nm的光线由微距显微光学成像***的放大倍率。根据图5A至图5D可知，对微距显微光学成像***的f×AG12min数值进行了调整，便于对微距拍摄的距离进行调整，从而可以有效地缩短微距显微光学成像***与实物之间的拍摄间距，具体的，有效的微距拍摄间距可以达到3至5毫米，实现了超微距拍摄。
实施例3
以下参照图6至图7D描述本申请实施例3的微距显微光学成像***。
图6示出了实施例3的微距显微光学成像***的结构示意图。如图6所示，微距显微光学成像***沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、红外截止滤光片L4以及成像面S9，红外截止滤光片位于第三透镜与成像面之间。
第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1和像侧面S2于光轴处均为非球面，而且，第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第一透镜L1的像侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2具有负光焦度，其物侧面S3和像侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凹面，第二透镜L2的像侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3具有负光焦度，其物侧面S5和像侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的像侧面S6为凹面，于圆周处为凸面；
第一透镜L1的物侧面S1设置有光阑STO，以进一步提高微距显微光学成像***的图像的清晰度，从而提高微距显微光学成像***的成像质量。
微距显微光学成像***还包括具有物侧面S7和像侧面S8的红外截止滤光片L4，第三透镜L3的像侧设置有红外截止滤光片L4，即红外截止滤光片L4位于第三透镜L3与成像面S9 之间，以便于对光线进行过滤，即红外截止滤光片L4用于将红外光滤除，确保指定波长的光线透过。
表5示出了实施例3的微距显微光学成像***的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，第一透镜L1的物侧面至光学成像***的成像面S9在光轴上的距离、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表5
由表5可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用塑料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表5中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表6给出了可用于实施例3中透镜非球面S1至S6的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14以及A16。
表6
结合表5和表6中的数据可知，实施例3中的微距显微光学成像***满足：
f×AG12min＝0.088，其中，f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距，AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。
f2/R11＝-1.572，其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径。
R22/R31＝-2.166，其中，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径。
CT1/ΣCT＝0.424，其中，CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度值，ΣCT表示各透镜在光轴上的厚度总值。
ZD/f1＝1.211，其中，ZD表示所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面在光轴上的距离，f1表示所述第一透镜的有效焦距。
FNO＝3.231，n1＝1.54，n2＝1.67，其中，FNO表示所述微距显微光学成像***的光圈数，n1表示所述第一透镜的折射率，n2表示所述第二透镜的折射率。
图7A示出了实施例3的微距显微光学成像***的球差曲线，其分别表示波长为470nm、 510nm、555nm、610nm以及650nm的光线经由微距显微光学成像***后的会聚焦点偏离；图7B示出了实施例3的微距显微光学成像***的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图7C示出了实施例3的微距显微光学成像***的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图7D示出了实施例3的微距显微光学成像***的倍率色差，其分别表示波长为470nm、510nm、555nm、610nm以及650nm的光线由微距显微光学成像***的放大倍率。根据图7A至图7D可知，对微距显微光学成像***的f×AG12min数值进行了调整，便于对微距拍摄的距离进行调整，从而可以有效地缩短微距显微光学成像***与实物之间的拍摄间距，具体的，有效的微距拍摄间距可以达到3至5毫米，实现了超微距拍摄。
实施例4
以下参照图8至图9D描述本申请实施例4的微距显微光学成像***。
图8示出了实施例4的微距显微光学成像***的结构示意图。如图8所示，微距显微光学成像***沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、红外截止滤光片L4以及成像面S9，红外截止滤光片位于第三透镜与成像面之间。
第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1和像侧面S2于光轴处均为非球面，而且，第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凹面，于圆周处为凸面，第一透镜L1的像侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2具有负光焦度，其物侧面S3和像侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凸面，第二透镜L2的像侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3具有负光焦度，其物侧面S5和像侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的像侧面S6为凹面，于圆周处为凸面；
第一透镜L1的物侧面S1设置有光阑STO，以进一步提高微距显微光学成像***的图像的清晰度，从而提高微距显微光学成像***的成像质量。
微距显微光学成像***还包括具有物侧面S7和像侧面S8的红外截止滤光片L4，第三透镜L3的像侧设置有红外截止滤光片L4，即红外截止滤光片L4位于第三透镜L3与成像面S9 之间，以便于对光线进行过滤，即红外截止滤光片L4用于将红外光滤除，确保指定波长的光线透过。
表7示出了实施例4的微距显微光学成像***的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，第一透镜L1的物侧面至光学成像***的成像面S9在光轴上的距离、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表7
由表7可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用塑料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表7中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表8给出了可用于实施例4中透镜非球面S1至S6的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14以及A16。
表8
结合表7和表8中的数据可知，实施例4中的微距显微光学成像***满足：
f×AG12min＝0.437，其中，f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距，AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。
f2/R11＝-0.179，其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径。
R22/R31＝-3.559，其中，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径。
CT1/ΣCT＝0.378，其中，CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度值，ΣCT表示各透镜在光轴上的厚度总值。
ZD/f1＝1.288，其中，ZD表示所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面在光轴上的距离，f1表示所述第一透镜的有效焦距。
FNO＝3.311，n1＝1.54，n2＝1.67，其中，FNO表示所述微距显微光学成像***的光圈数， n1表示所述第一透镜的折射率，n2表示所述第二透镜的折射率。
图9A示出了实施例4的微距显微光学成像***的球差曲线，其分别表示波长为470nm、 510nm、555nm、610nm以及650nm的光线经由微距显微光学成像***后的会聚焦点偏离；图9B示出了实施例4的微距显微光学成像***的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图9C示出了实施例4的微距显微光学成像***的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图9D示出了实施例4的微距显微光学成像***的倍率色差，其分别表示波长为470nm、510nm、555nm、610nm以及650nm的光线由微距显微光学成像***的放大倍率。根据图9A至图9D可知，对微距显微光学成像***的f×AG12min数值进行了调整，便于对微距拍摄的距离进行调整，从而可以有效地缩短微距显微光学成像***与实物之间的拍摄间距，具体的，有效的微距拍摄间距可以达到3至5毫米，实现了超微距拍摄。
实施例5
以下参照图10至图11D描述本申请实施例5的微距显微光学成像***。
图10示出了实施例5的微距显微光学成像***的结构示意图。如图10所示，微距显微光学成像***沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、红外截止滤光片L4以及成像面S9，红外截止滤光片位于第三透镜与成像面之间。
第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1和像侧面S2于光轴处均为非球面，而且，第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第一透镜L1的像侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2具有负光焦度，其物侧面S3和像侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凹面，第二透镜L2的像侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3具有负光焦度，其物侧面S5和像侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的像侧面S6为凹面，于圆周处为凸面；
第一透镜L1的物侧面S1设置有光阑STO，以进一步提高微距显微光学成像***的图像的清晰度，从而提高微距显微光学成像***的成像质量。
微距显微光学成像***还包括具有物侧面S7和像侧面S8的红外截止滤光片L4，第三透镜L3的像侧设置有红外截止滤光片L4，即红外截止滤光片L4位于第三透镜L3与成像面S9 之间，以便于对光线进行过滤，即红外截止滤光片L4用于将红外光滤除，确保指定波长的光线透过。
表9示出了实施例5的微距显微光学成像***的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，第一透镜L1的物侧面至光学成像***的成像面S9在光轴上的距离、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表9
由表9可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用塑料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表9中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表10给出了可用于实施例5中透镜非球面S1至S6的高次项系数 A4、A6、A8、A10、A12、A14以及A16。
表10
结合表9和表10中的数据可知，实施例5中的微距显微光学成像***满足：
f×AG12min＝0.092，其中，f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距，AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。
f2/R11＝-2.970，其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径。
R22/R31＝-1.471，其中，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径。
CT1/ΣCT＝0.463，其中，CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度值，ΣCT表示各透镜在光轴上的厚度总值。
ZD/f1＝1.109，其中，ZD表示所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面在光轴上的距离，f1表示所述第一透镜的有效焦距。
FNO＝3.276，n1＝1.54，n2＝1.67，其中，FNO表示所述微距显微光学成像***的光圈数， n1表示所述第一透镜的折射率，n2表示所述第二透镜的折射率。
图11A示出了实施例5的微距显微光学成像***的球差曲线，其分别表示波长为470nm、 510nm、555nm、610nm以及650nm的光线经由微距显微光学成像***后的会聚焦点偏离；图11B示出了实施例5的微距显微光学成像***的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图11C示出了实施例5的微距显微光学成像***的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图11D示出了实施例5的微距显微光学成像***的倍率色差，其分别表示波长为470nm、510nm、555nm、610nm以及650nm的光线由微距显微光学成像***的放大倍率。根据图11A至图11D可知，对微距显微光学成像***的f×AG12min数值进行了调整，便于对微距拍摄的距离进行调整，从而可以有效地缩短微距显微光学成像***与实物之间的拍摄间距，具体的，有效的微距拍摄间距可以达到3至5毫米，实现了超微距拍摄。
实施例6
以下参照图12至图13D描述本申请实施例6的微距显微光学成像***。
图12示出了实施例6的微距显微光学成像***的结构示意图。如图12所示，微距显微光学成像***沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、红外截止滤光片L4以及成像面S9，红外截止滤光片位于第三透镜与成像面之间。
第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1和像侧面S2于光轴处均为非球面，而且，第一透镜L1的物侧面S1于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第一透镜L1的像侧面S2于光轴处为凸面，于圆周处为凸面；
第二透镜L2具有负光焦度，其物侧面S3和像侧面S4均为非球面，而且，第二透镜L2的物侧面S3于光轴处为凹面，于圆周处为凹面，第二透镜L2的像侧面S4于光轴处为凸面，于圆周处为凹面；
第三透镜L3具有负光焦度，其物侧面S5和像侧面S6均为非球面，而且，第三透镜L3的物侧面S5于光轴处为凸面，于圆周处为凹面，第三透镜L3的像侧面S6为凹面，于圆周处为凸面；
第一透镜L1的物侧面S1设置有光阑STO，以进一步提高微距显微光学成像***的图像的清晰度，从而提高微距显微光学成像***的成像质量。
微距显微光学成像***还包括具有物侧面S7和像侧面S8的红外截止滤光片L4，第三透镜L3的像侧设置有红外截止滤光片L4，即红外截止滤光片L4位于第三透镜L3与成像面S9 之间，以便于对光线进行过滤，即红外截止滤光片L4用于将红外光滤除，确保指定波长的光线透过。
表11示出了实施例6的微距显微光学成像***的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及圆锥系数，其中，第一透镜L1的物侧面至光学成像***的成像面S9在光轴上的距离、曲率半径以及厚度的单位均为毫米(mm)。
表11
由表11可知，在本实施例中，第一透镜L1至第三透镜L3均采用塑料非球面透镜，各非球面面型x由以下公式限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为表11中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面的第i阶系数。下表12给出了可用于实施例6中透镜非球面S1至S6的高次项系数 A4、A6、A8、A10、A12、A14以及A16。
表12
结合表11和表12中的数据可知，实施例6中的微距显微光学成像***满足：
f×AG12min＝0.198，其中，f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距，AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。
f2/R11＝-1.499，其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径。
R22/R31＝-9.764，其中，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径。
CT1/ΣCT＝0.348，其中，CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度值，ΣCT表示各透镜在光轴上的厚度总值。
ZD/f1＝1.301，其中，ZD表示所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面在光轴上的距离，f1表示所述第一透镜的有效焦距。
FNO＝3.125，n1＝1.54，n2＝1.67，其中，FNO表示所述微距显微光学成像***的光圈数，n1表示所述第一透镜的折射率，n2表示所述第二透镜的折射率。
图13A示出了实施例6的微距显微光学成像***的球差曲线，其分别表示波长为470nm、 510nm、555nm、610nm以及650nm的光线经由微距显微光学成像***后的会聚焦点偏离；图13B示出了实施例6的微距显微光学成像***的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；图13C示出了实施例6的微距显微光学成像***的畸变曲线，其表示不同像高情况下的畸变百分比；图13D示出了实施例6的微距显微光学成像***的倍率色差，其分别表示波长为470nm、510nm、555nm、610nm以及650nm的光线由微距显微光学成像***的放大倍率。根据图13A至图13D可知，对微距显微光学成像***的f×AG12min数值进行了调整，便于对微距拍摄的距离进行调整，从而可以有效地缩短微距显微光学成像***与实物之间的拍摄间距，具体的，有效的微距拍摄间距可以达到3至5毫米，实现了超微距拍摄。
本申请还提供一种成像模组，包括感光件以及上述任一实施例所述的微距显微光学成像***，所述感光件位于所述微距显微光学成像***的像侧。在本实施例中，所述微距显微光学成像***包括三片透镜，即第一透镜、第二透镜以及第三透镜，三片透镜沿光轴从物侧至像侧依次设置。其中，虚线为光轴所在直线。所述第一透镜的像侧面于光轴处为凸面，且所述第二透镜的物侧面于光轴处为凹面，使得所述第一透镜与所述第二透镜之间的间距有大有小，而且，所述第一透镜具有正光焦度，实现对光线的聚焦，所述第二透镜具有负光角度，是对透过所述第一透镜的光线进行发散，便于后续对成像面上的光通量的调整，实现对毫米级别的微距拍摄。
而且，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：0＜f×AG12min＜0.5；其中，f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距，AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。f×AG12min可以是0.088、0.092、0.152、0.198、0.437或者0.481。通过对第一透镜以及第二透镜之间的间距进行调整，再满足微距显微光学成像***对应的关系式，即有效焦距与第一透镜和第二透镜之间的最小间距的关系，使得在成像面上的光通量增大，从而使得对实物的成像全部呈现在成像面上，进而使得在微距拍摄的成像清晰的情况下，缩短微距拍摄的距离。在本实施例中，所述微距显微光学成像***只对所述第一透镜以及所述第二透镜进行调整，即调整所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距，使得所述成像模组能在与物距为3至5毫米时进行超微距拍摄，而且，确保图像清晰。
本申请还提供一种手机，包括上述的成像模组。在本实施例中，所述成像模组包括感光件以及上述任一实施例所述的微距显微光学成像***，所述感光件位于所述微距显微光学成像***的像侧。所述微距显微光学成像***包括三片透镜，即第一透镜、第二透镜以及第三透镜，三片透镜沿光轴从物侧至像侧依次设置。其中，虚线为光轴所在直线。所述第一透镜的像侧面于光轴处为凸面，且所述第二透镜的物侧面于光轴处为凹面，使得所述第一透镜与所述第二透镜之间的间距有大有小，而且，所述第一透镜具有正光焦度，实现对光线的聚焦，所述第二透镜具有负光角度，是对透过所述第一透镜的光线进行发散，便于后续对成像面上的光通量的调整，实现对毫米级别的微距拍摄。
而且，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：0＜f×AG12min＜0.5；其中，f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距，AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。f×AG12min可以是0.088、0.092、0.152、0.198、0.437或者0.481。通过对第一透镜以及第二透镜之间的间距进行调整，再满足微距显微光学成像***对应的关系式，即有效焦距与第一透镜和第二透镜之间的最小间距的关系，使得在成像面上的光通量增大，从而使得对实物的成像全部呈现在成像面上，进而使得在微距拍摄的成像清晰的情况下，缩短微距拍摄的距离。在本实施例中，所述微距显微光学成像***只对所述第一透镜以及所述第二透镜进行调整，即调整所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距，使得所述手机能在与物距为3至5毫米时进行超微距拍摄，而且，确保图像清晰。
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 (12)
1.一种微距显微光学成像***，其特征在于，沿光轴从物侧至像侧依次包括：
具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的像侧面于光轴处为凸面；
具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面于光轴处为凹面；
具有负光焦度的第三透镜；
以及成像面；
所述微距显微光学成像***满足以下关系式：
0＜f×AG12min＜0.5；
其中，f表示所述微距显微光学成像***的有效焦距，AG12min表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的最小间距。
2.根据权利要求1所述的微距显微光学成像***，其特征在于，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：
-3<f2/R11<0；
其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径。
3.根据权利要求2所述的微距显微光学成像***，其特征在于，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：
0.94<R11<7.96。
4.根据权利要求1所述的微距显微光学成像***，其特征在于，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：
-10<R22/R31<0；
其中，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径。
5.根据权利要求4所述的微距显微光学成像***，其特征在于，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：
-5.23<R22<-0.99，0.50<R31<0.68。
6.根据权利要求1所述的微距显微光学成像***，其特征在于，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：
CT1/ΣCT<0.5；
其中，CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度值，ΣCT表示各透镜在光轴上的厚度总值。
7.根据权利要求1所述的微距显微光学成像***，其特征在于，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：
1.0＜ZD/f1＜1.4；
其中，ZD表示所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面在光轴上的距离，f1表示所述第一透镜的有效焦距。
8.根据权利要求1所述的微距显微光学成像***，其特征在于，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：
3.0＜FNO＜3.5；
其中，FNO表示所述微距显微光学成像***的光圈数。
9.根据权利要求1所述的微距显微光学成像***，其特征在于，所述微距显微光学成像***满足以下关系式：
n1+n2＝3.21；
其中，n1表示所述第一透镜的折射率，n2表示所述第二透镜的折射率。
10.根据权利要求1所述的微距显微光学成像***，其特征在于，所述微距显微光学成像***还包括红外截止滤光片，所述红外截止滤光片位于所述第三透镜与所述成像面之间。
11.一种成像模组，其特征在于，包括感光件以及如权利要求1至10中任一项所述的微距显微光学成像***，所述感光件位于所述微距显微光学成像***的像侧。
12.一种手机，其特征在于，包括如权利要求11所述的成像模组。
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| WO2023236486A1 (zh) * | 2022-06-06 | 2023-12-14 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头和电子装置 |
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