CN113777761B

CN113777761B - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN113777761B
Application number: CN202111317439.3A
Authority: CN
Inventors: 章彬炜; 熊儒韬; 曾昊杰
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2041-11-09
Also published as: CN113777761A

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，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第五透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第六透镜，其物侧面在近光轴处为凹面、像侧面在近光轴处为凹面，且第六透镜的物侧面和像侧面都至少有一个反曲点。本发明通过将各透镜的面型、光焦度及放置位置合理搭配，使其结构紧凑，实现大光圈、镜头小型化和高像素均衡。

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

目前，随着便携式电子产品的飞速发展，使人们的日常生活得到了巨大的便捷，即使相隔千里之外也能有身临其境近距离观看效果，现如今的远程会议、网络直播、安防监控、视频电话、车载影像等都是通过光学镜头将画面捕捉，并通过设备转换成电信号完成传输，伴随着设计水平、制造工艺技术不断的发展，人们对摄影的需求越发广泛，也越来越迫切需求高性能的光学镜头。

然而，随着移动信息技术不断的更新发展，智能手机等电子设备正朝着轻薄、高清、全面屏等方向发展，这就构成了对光学镜头成像质量的要求不断提高。现如今，由于市面上大部分的厂家为了追求镜头的整体体积小而使得光学性能提高有了较大的限制，在保证原有的镜头体积小型化的同时，镜头的性能又相对有了较大的影响，并不能很好的做到镜头高清像素和镜头小型化兼容。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头及成像设备，以解决上述问题。

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：光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜及第六透镜。第一透镜具有正光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜具有正光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凸面；第四透镜具有正光焦度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜具有正光焦度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；第六透镜具有负光焦度，物侧面在近光轴处和像侧面在近光轴处均为凹面；且所述六个镜片的物侧面和像侧面都至少有一个反曲点；所述光学镜头满足条件式：0.1<TC1/TTL<0.2；0.2<(1/f1-1/f3)/(1/f)<1.2；0.7<f1/f<1.2；其中，TC1表示所述第一透镜的中心厚度，TTL表示所述光学镜头的光学总长，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

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。

相较现有技术，本发明提供的光学镜头及成像设备，通过合理的搭配六个具有特定光焦度的透镜之间的镜片形状和光焦度，在满足高像素的同时使得镜片之间的结构更加紧凑，进而很好的实现了镜头小型化的同时提高了成像质量特点，能够有效的提升用户的摄像体验，该光学镜头可将第一透镜的偏心敏感度分担到第三透镜上，加上第三透镜口径相对较小，偏心敏感度也不会很大，通过平衡第一透镜与第三透镜的偏心敏感度，可极大地降低生产加工的难度，使得在保证高成像品质的同时有效提升镜头的生产良率，且能够解决对于轴外光线会产生高阶像差，导致成像性能下降，像差、场曲的修正比较困难，偏心敏感度会增大的问题。

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的光学镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的光学镜头的场曲曲线图；

图3为本发明第一实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图4为本发明第一实施例的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图5为本发明第一实施例的光学镜头的横向色差曲线图；

图6为本发明第二实施例的光学镜头的结构示意图；

图7为本发明第二实施例的光学镜头的场曲曲线图；

图8为本发明第二实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图9为本发明第二实施例的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图10为本发明第二实施例的光学镜头的横向色差曲线图；

图11为本发明第三实施例的光学镜头的结构示意图；

图12为本发明第三实施例的光学镜头的场曲曲线图；

图13为本发明第三实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图14为本发明第三实施例的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图15为本发明第三实施例的光学镜头的横向色差曲线图；

图16为本发明第四实施例的光学镜头的结构示意图；

图17为本发明第四实施例的光学镜头的场曲曲线图；

图18为本发明第四实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图19为本发明第四实施例的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图20为本发明第四实施例的光学镜头的横向色差曲线图；

图21为本发明P1改善前鬼像能量图；

图22为本发明P1改善前鬼像光路图；

图23为本发明P1改善后鬼像能量图；

图24为本发明第五实施例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，沿光轴从物侧到成像面依次包括：光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、滤光片，这里所指的物侧为与成像面相对的一侧。

其中，第一透镜具有正光焦度，第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；

第五透镜具有正光焦度，第五透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；

第六透镜具有负光焦度，第六透镜的物侧面近光轴处和像侧面近光轴处均为凹面。

作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：

0.1<TC1/TTL<0.2；（1）

其中，TC1表示第一透镜的中心厚度，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

满足条件式（1）时，能够合理的控制镜头的体积大小，以符合当下镜头的发展趋势。具体的，当在0.1<TC1/TTL<0.2范围之外时，在光源与镜头光轴夹角大于55°之后会产生第一透镜的内反射鬼像（如图21所示），且能量相对较高，严重影响了成像画面的品质（如图22所示）；而当满足0.1<TC1/TTL<0.2时，P1内反射鬼像的能量得到了有效的改善（如图23所示），提高了成像的品质，从而使得镜头在满足尺寸的小型化发展趋势的同时，极大提高了成像品质，有利于实现满足客户对高清像素成像与镜头小型化的兼容性需求。

作为一种实施方式，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

1.1<TTL/f<1.2；（2）

其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长，f表示所述光学镜头的有效焦距。

满足条件式（2）时，能够合理的控制光学镜头使之满足小型化要求。具体的，当1.1<TTL/f时，能够保证镜头在需求的拍摄范围内；当TTL/f<1.2时，保证光学镜头的光学总长能够最小化。

作为一种实施方式，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

2.8<D/TC1<4.2；(3)

其中，D表示所述光学镜头的入瞳直径，TC1表示第一透镜的中心厚度。

满足条件式（3）时，能够保证镜头具备高清像素的特点。具体的，当2.8<D/TC1时，能够有效的提高光通量大小，保证更多的光线进入光学***，提高照度；当D/TC1<4.2时，在保证更多的光线进入光学***的同时，有效的降低了鬼像的产生风险，提高了成像品质。

作为一种实施方式，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

0.2<(1/f1-1/f3)/(1/f)<1.2；（4）

其中，f1表示第一透镜的有效焦距，f3表示第三透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

满足条件式（4）时，可将第一透镜的偏心敏感度分担到第三透镜上，加上第三透镜口径相对较小，偏心敏感度也不会很大，通过平衡第一透镜与第三透镜的偏心敏感度，可极大地降低生产加工的难度，使得在保证高成像品质的同时有效提升镜头的生产良率。

作为一种实施方式，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

4.2< DM62/DM31<4.7；（5）

其中，DM62表示第六透镜的像侧面的有效半口径，DM31表示第三透镜的物侧面的有效半口径。

满足条件式（5）时，当4.2<DM62/DM31时，第三透镜能够修善第二透镜的像差并让光线以适当的角度传递到第四镜片，有助于像差的补偿和增大成像面的面积，但是如果DM62/DM31的比值过大，镜头尺寸也会很大，这不符合小型化趋势；当DM32/DM31<4.7时，就能够合理的控制光学镜片口径大小，从而使得镜头头部尺寸更小，保证了镜头尺寸的小型化特点，有利于实现全面屏高清像素成像与镜头小型化兼容。

作为一种实施方式，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

0.7<f1/f<1.2；（6）

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f1表示第一透镜的有效焦距。

对于条件式（6），当f1/f的值超过下限时，对于轴外光线会产生高阶像差，导致成像性能下降；当f1/f的值超过上限时，像差、场曲的修正就比较困难，偏心敏感度也会增大。

作为一种实施方式，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

0.18 mm^-2<(1/R11-1/R32)/ DT<0.22 mm^-2；（7）

其中，R32表示第三透镜的像侧面的曲率半径，R11表示第一透镜的物侧面的曲率半径，DT表示所述光学镜头的光阑口径。

对于条件式（7），当0.18<(1/R11-1/R32)/DT时，能够很好的修饰镜头头部的像差，满足了高清像素特点；当(1/R11-1/R32)/ DT<0.22时，能够保证光线比较平缓的透过镜片，减小鬼像产生风险的同时，满足镜头小型化特点。

作为一种实施方式，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

0<Φ3/Φ1<1；（8）

其中，Φ1表示第一透镜的光焦度，Φ3表示第三透镜的光焦度。

当0<Φ3/Φ1时，能够很好的控制透镜组的长度，有利于结构设计；当Φ3/Φ1<1时，能够很好的控制各视场离焦曲线分散，同时修饰长焦镜头的成像质量。

作为一种实施方式，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

-110<R32/R11<20；（9）

其中，R11表示第一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。

满足条件式（9）时，能够很好的控制镜头头部镜片的有效口径，有效的提升镜头边缘的解像能力，有效的降低了边缘像差。

作为一种实施方式，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六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。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

在本发明各个实施例中，当光学镜头中的透镜为非球面透镜时，透镜的非球面面型均满足如下方程式：

；

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

请参照图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：光阑ST，第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3，第四透镜L4，第五透镜L5、第六透镜L6、滤光片G1。

第一透镜L1为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，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为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第二透镜的物侧面S3为凸面，第二透镜的像侧面S4为凹面；

第三透镜L3为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第三透镜的物侧面S5为凸面，第三透镜的像侧面S6为凸面；

第四透镜L4为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第四透镜的物侧面S7为凹面，第四透镜的像侧面S8为凸面；

第五透镜L5为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第五透镜的物侧面S9为凹面，第五透镜的像侧面S10为凸面；

第六透镜L6为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第六透镜的物侧面S11在近光轴处为凹面且有一个反曲点，第六透镜的像侧面S12在近光轴处为凹面且有一个反曲点。

具体的，本实施例提供的光学镜头100的设计参数如表1所示，其中R代表曲率半径（mm），d代表光学表面间距（mm），n_d代表材料在主波长（555nm）下的折射率，V_d代表材料的阿贝数。

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、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图2、图3、图4和图5所示。

图2中曲线表示子午方向和弧失方向在像面不同像高的场曲。横坐标为偏移量，纵坐标为视场角，从图可知，子午方向和弧失方向在像面的场曲偏移量都控制在±0.1mm内，说明光学镜头的场曲矫正良好。

图3中曲线表示像面上不同像高对应的F-tanθ畸变。横坐标表示畸变大小，纵坐标表示视场角，从图可知，在镜头要求的成像视场内，畸变控制在±2.5%以内，说明畸变被很好的矫正。

图4曲线表示轴上点球差色差，横坐标表示偏移量，纵坐标表示光瞳归一化半径，从图可知，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.05mm以内，说明轴上点球差色矫正良好。

图5曲线表示各波长相对主波长在像面上不同像高的色差，横坐标表示色差值，纵坐标表示归一化的视场角。从图可知，在不同视场内，各波长相对于中心波长的色差都控制在±1.5微米内，可见该光学镜头的横向色差也被很好的矫正。

第二实施例

本发明第二实施例提供的光学镜头200的结构示意图请参阅图6，本实施例中的光学镜头200与第一实施例中的光学镜头100的结构变化不大，其中最大的变化是第四透镜的中心厚度。

本实施例提供光学镜头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、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图7、图8、图9和图10所示。

图7表示子午方向和弧失方向在像面不同像高的场曲，从图可知，子午和弧矢方向的场曲都控制在±0.2mm内，说明镜头场曲矫正良好。

图8表示在像面上不同像高的F-tanθ畸变，从图可知，在像面上不同像高畸变都控制在±2.5%以内，说明镜头畸变矫正良好。

图9表示轴上点球差色差，从图可知，所有波长的色差被控制在±0.02mm内，说明镜头的轴向点球差色差也被矫正的良好。

图10表示不同视场的各个波长相对于主波长的色差，从图可知，在成像视场范围内，相对于主波长色差都控制在±3.5微米内，说明该光学镜头很好矫正边缘视场像差以及各个视场的色差。

第三实施例

本发明第三实施例提供的光学镜头300的结构示意图请参阅图11，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的结构基本相同。

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、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图12、图13、图14和图15所示。

图12表示子午方向和弧失方向在像面不同像高的场曲，从图可知，子午和弧矢方向的场曲都控制在±0.1mm内，说明镜头场曲矫正良好。

图13表示在像面上不同像高的F-tanθ畸变，从图可知，在像面上不同像高畸变都控制在±2.5%以内，说明镜头畸变矫正良好。

图14表示轴上点球差色差，从图可知，所有波长的色差被控制在±0.04mm内，说明镜头的轴向点球差色差也被矫正的良好。

图15表示不同视场的各个波长相对于主波长的色差，从图可知，在成像视场范围内，相对于主波长都控制在±1.5微米内，说明该光学镜头很好矫正边缘视场像差以及各个视场的色差。

第四实施例

本发明第四实施例提供的光学镜头400的机构示意图请参阅图16，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，最大的差异在于第一透镜、第五透镜的中心厚度。

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、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图17、图18、图19和图20所示。

图17表示子午方向和弧失方向在像面不同像高的场曲，从图可知，子午和弧矢方向的场曲都控制在±0.05mm内，说明镜头场曲矫正良好。

图18表示在像面上不同像高的F-tanθ畸变，从图可知，在像面上不同像高畸变都控制在2%以内，说明镜头畸变矫正良好。

图19表示轴上点球差色差，从图可知，所有波长的色差被控制在±0.02mm内，说明镜头的轴向点球差色差也被矫正的良好。

图20表示不同视场的各个波长相对于主波长的色差，从图可知，在成像视场范围内，相对于主波长都控制在±1.2微米内，说明该光学镜头很好矫正边缘视场像差以及各个视场的色差。

表9是上述四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#、光学总长TTL，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至少具有以下优点：

（1）通过对第一透镜中心厚度的控制，以及设计较大的光圈，使得光学镜头具有较高的像素，能够达到较大的屏占比，同时降低了鬼像的风险。

（2）采用六片具有特定屈折力的塑胶非球面镜片，以及特定的面型进行搭配，得到超高清像素的成像质量的同时还保证了镜头的小型化特点，能够更好的迎合当下镜头发展趋势。

（3）相对于价格昂贵的高清像素镜头，本发明还提供了在保证高像素、体积小的前提下制作工艺成熟，以及极大的降低了制造成本，更有利于市场的推广。

第五实施例

请参阅图24，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可以是手机、平板、相机以及其它任意一种形态的装载了上述光学镜头的电子设备。

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为凸面、像侧面为凹面；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；

具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凹面、像侧面在近光轴处为凹面，且所述第六透镜的物侧面和像侧面都至少有一个反曲点；

其中，所述光学镜头满足条件式：

0.1<TC1/TTL<0.2；

0.2<(1/f1-1/f3)/(1/f)<1.2；

0.7<f1/f<1.2；

其中，TC1表示所述第一透镜的中心厚度，TTL表示所述光学镜头的光学总长，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

1.1<TTL/f<1.2；

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

2.8<D/TC1<4.2；

其中，D表示所述光学镜头的入瞳直径，TC1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，所述光学镜头满足以下条件式：

4.2< DM62/DM31<4.7；

其中，DM62表示所述第六透镜的像侧面的有效半口径，DM31表示所述第三透镜的物侧面的有效半口径。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

0.18 mm^-2<(1/R11-1/R32)/ DT<0.22 mm^-2；

其中，R32表示所述第三透镜的像侧面的曲率半径，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，DT表示所述光学镜头的光阑口径。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

0<Φ3/Φ1<1；

其中，Φ1表示所述第一透镜的光焦度，Φ3表示所述第三透镜的光焦度。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

-110<R32/R11<20；

其中，R11表示所述第一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。

8.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-7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。