CN113791490B

CN113791490B - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN113791490B
Application number: CN202111365621.6A
Authority: CN
Inventors: 章彬炜; 钟培森; 曾昊杰
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2041-11-18
Also published as: CN113791490A

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：光阑；具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面，且第四透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点；其中，该光学镜头的入瞳直径EPD<1.4mm；且光学镜头满足以下条件式：0.12<CT1/TTL<0.35；其中，CT1表示第一透镜的中心厚度，TTL表示光学镜头的光学总长。该光学镜头具有高像素、小型化、低敏感性的优点。

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，随着便携式电子设备的普及，加上社交、视频、直播类软件的流行，人们对于摄影的喜爱程度越来越高，摄像镜头已经成为了电子设备的标配，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，手机等便携式电子设备也在朝着超薄化、全面屏、超高清成像等方向发展，这就对搭载在便携式电子设备上的摄像镜头提出了更高的要求，既要有足够的光学性能和成像能力，也要具有一定的美观，在提升光学性能的同时跟随上电子设备变化的步伐。近些年，水滴屏、刘海屏、挖孔屏等异形屏的不断发展，都是源于消费者对手机全面屏的热衷追求；由于前置摄像头的存在以及头部尺寸过大，导致全面屏的实现还存在诸多障碍。现在市面上常见的应用于手机上的光学镜头的头部尺寸外径最小达到∅3mm，由于其头部外径及整体体积较大，导致屏幕占比率难以提升，无法给消费者带来更佳的视觉体验。

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，至少具有头部外径小、体积小、像素高等优点，以适应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：光阑；具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第二透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面在近光轴处为凹面；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，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述光学镜头的入瞳直径EPD<1.4mm；且所述光学镜头满足以下条件式：0.12<CT1/TTL<0.35；CT1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。

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，采用四片具有特定光焦度的镜片，并且采用特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，在满足高像素的同时结构更加紧凑，且镜头的头部外径可以做到∅2mm以下，能够满足高屏占比的需求，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，对后期的裁切带来了巨大便利，能够更好满足便携式电子设备的使用需求。

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f-tanθ畸变曲线图；

图3为本发明第一实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

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为本发明第二实施例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f-tanθ畸变曲线图；

图7为本发明第二实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

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为本发明第三实施例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f-tanθ畸变曲线图；

图11为本发明第三实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

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为本发明第四实施例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f-tanθ畸变曲线图；

图15为本发明第四实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图16为本发明第四实施例中的光学镜头的垂轴色差曲线图；

图17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，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凸面；

第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凸面；

第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

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，第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面，且第四透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点；

其中，所述光学镜头的入瞳直径EPD<1.4mm；且所述光学镜头还满足以下条件式：

0.12<CT1/TTL<0.35；（1）

其中，CT1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），一方面通过适当地调整第一透镜的厚度占比，有助于缩小镜头的头部尺寸，使头部外径可以做到∅2mm以下，进而减小屏幕上的开窗尺寸，提高屏占比；另一方面，通过提升镜头头部长度占比，有效压缩镜头后部的长度占比，达到整体减小镜头总体所占空间的作用，有利于镜片的光机设计和镜片成型。

在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.5<DM1/f<0.65；（2）

其中，DM1表示第一透镜的有效直径，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足条件式（2），增大物侧方视场的同时，有助于缩小光学镜头的头部尺寸，维持其小型化和广视角以利应用于便携式电子产品。

在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：

-4mm<(Nd2/Nd1)×f2<-2.5mm；（3）

其中，Nd1表示第一透镜的折射率，Nd2表示第二透镜的折射率，f2表示第二透镜的有效焦距。满足条件式（3），通过合理选用第一、二透镜的材料折射率，有效缩短光学***的总长度，且使第一透镜产生的正球差通过第二透镜的负屈折力适当的均衡，可修正光学***的像差，有助于提升成像质量。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1.5<f1/CT1<5.5；（4）

-1<R11/R12<0；（5）

其中，CT1表示第一透镜的中心厚度，f1表示第一透镜的有效焦距，R11表示第一透镜的物侧面的曲率半径，R12表示第一透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（4），有利于减小光线在第一透镜像面的投射高度，使不同波长之间的像差差异可以有效减小，进而降低色差的矫正难度。第一透镜为正屈折力透镜，满足条件式（5）时，可使第一透镜为双凸形状，能够更好的收敛光线，使第一透镜的口径较小，有利于实现镜头头部的小型化。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1.2<CT1/ET1<1.8；（6）

0.3<CT1/DM1<1.0；（7）

其中，CT1表示第一透镜的中心厚度，ET1表示第一透镜的边缘厚度，DM1表示第一透镜的有效直径。满足条件式（6）和（7），通过合理设置第一透镜的边厚比及口径占比，有利于降低第一透镜的公差敏感度，以提升第一透镜的加工特性，提高产品良率。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0<R21/R22<0.4；（8）

-10<(R21+R22)/f<-1；（9）

其中，R21表示第二透镜的物侧面的曲率半径，R22表示第二透镜的像侧面的曲率半径，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足条件式（8）和（9），通过控制第二透镜的面型形状，使第二透镜为弯月型透镜，有助于降低***敏感度，提升制作良率，同时可对前后组正透镜进行像差补正，提高成像品质。

在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.5<R31/R32<1；（10）

0.1<(SAG31-SAG32)/CT3 <0.8；（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边缘矢高，SAG32表示第三透镜的像侧面的边缘矢高，CT3表示第三透镜的中心厚度。满足条件式（10）和（11），可控制第三透镜在近光轴处的面型形状为凸凹形，达到汇聚光线的作用，有利于场曲和畸变的矫正，提升成像质量，相较于目前主流的凹凸形具有一定的优势；同时通过调整第三透镜表面近光轴处的面形，可减缓第三透镜形状变化，降低杂散光的产生，提高透镜的成型性。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.2<R41/DM4<0.35；（12）

其中，R41表示第四透镜的物侧面的曲率半径， DM4表示第四透镜的有效直径。满足条件式（12）时，通过控制第四透镜的面型，有利于鬼影的压制，有利于像差的优化。

在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：

0<IH-f×tan(θ)<0.01mm；（13）

其中，IH表示所述光学镜头的实际半像高，θ表示所述光学镜头的半视场角，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足条件式（13），表明光学成像***在具有大视场角的效果下，***畸变得到较好的抑制；如果IH-f×tan(θ)的值超过下限，光学成像***具有较大的负畸变，拍摄图形会产生明显形变，成桶型，影响成像效果；如果IH-f×tan(θ)的值超过上限，光学成像***具有较大的正畸变，拍摄图形会产生明显形变，成枕型，影响成像效果。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.7<f1/f<1.2；（14）

-1.5<f2/f<-0.8；（15）

1.5<f3/f<3；（16）

2<f4/f<10；（17）

其中，f1表示第一透镜的有效焦距，f2表示第二透镜的有效焦距，f3表示第三透镜的有效焦距，f4表示第四透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足条件式（14）至（17），可使第一透镜具有正屈折力、第二透镜具有负屈折力、第三透镜具有正屈折力、第四透镜具有正屈折力，通过合理配置各个透镜的屈折力，有助于加强轴外视场的慧差矫正，同时很好的收敛场曲，提升成像品质。

作为一种实施方式，采用四片塑胶镜片的搭配结构，在实现小型化、小头部、低敏感性的同时，还能够保证镜头具有良好的成像效果。其中第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜都是塑胶非球面镜片，采用非球面镜片，可以有效降低成本，修正像差，提供更高性价比的光学性能产品。

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，各个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光阑ST、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及滤光片G1。

其中，第一透镜L1具有正光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面，第一透镜的像侧面S2为凸面；

第二透镜L2具有负光焦度，第二透镜的物侧面S3为凹面，第二透镜的像侧面S4为凸面；

第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5在近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面S6在近光轴处为凹面；

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在近光轴处为凹面，且第四透镜L4的物侧面S7和像侧面S8均具有一个反曲点；

第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4均为塑胶非球面镜片。

具体的，本实施例提供的光学镜头100的各透镜的设计参数如表1所示。

表1

本实施例中，光学镜头100中各个透镜的非球面参数如表2所示。

表2

请参照图2、图3以及图4，所示分别为光学镜头100的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图，从图2中可以看出光学畸变控制在±1.5%以内，说明光学镜头100的畸变得到良好的矫正；从图3中可以看出场曲控制在±0.05mm以内，说明光学镜头100的场曲收敛较好；从图4中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在±1.7μm以内，说明光学镜头100的垂轴色差得到良好的矫正；从图2、图3、图4可以看出光学镜头100的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。

第二实施例

如图5所示，为本实施例提供的光学镜头200的结构示意图，本实施例的光学镜头200与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于设计参数不同。

具体的，本实施例提供的光学镜头200的设计参数如表3所示。

表3

本实施例中，光学镜头200中各个透镜的非球面参数如表4所示。

表4

请参照图6、图7和图8，所示分别为光学镜头200的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图，从图6中可以看出光学畸变控制在±1%以内，说明光学镜头200的畸变得到良好的矫正；从图7中可以看出场曲控制在±0.05mm以内，说明光学镜头200的场曲收敛较好；从图8中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在±2.5μm以内，说明光学镜头200的垂轴色差得到良好的矫正；从图6、图7、图8可以看出光学镜头200的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。

第三实施例

如图9所示，为本实施例提供的光学镜头300的结构示意图，本实施例的光学镜头300与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于设计参数不同。

具体的，本实施例提供的光学镜头300的设计参数如表5所示。

表5

本实施例中，光学镜头300中各个透镜的非球面参数如表6所示。

表6

请参照图10、图11和图12，所示分别为光学镜头300的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图，从图10中可以看出光学畸变控制在±2%以内，说明光学镜头300的畸变得到良好的矫正；从图11中可以看出场曲控制在±0.1mm以内，说明光学镜头300的场曲收敛较好；从图12中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在±2μm以内，说明光学镜头300的垂轴色差得到良好的矫正；从图10、图11、图12可以看出光学镜头300的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。

第四实施例

如图13所示，为本实施例提供的光学镜头400的结构示意图，本实施例的光学镜头400与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于设计参数不同。

具体的，本实施例提供的光学镜头400的设计参数如表7所示。

表7

本实施例中，光学镜头400中各个透镜的非球面参数如表8所示。

表8

请参照图14、图15和图16，所示分别为光学镜头400的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图，从图14中可以看出光学畸变控制在±1.5%以内，说明光学镜头400的畸变得到良好的矫正；从图15中可以看出场曲控制在±0.05mm以内，说明光学镜头400的场曲收敛较好；从图16中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在±2μm以内，说明光学镜头400的垂轴色差得到良好的矫正；从图14、图15、图16可以看出光学镜头400的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。

请参阅表9，所示为上述四个实施例中提供的光学镜头分别对应的光学特性，包括光学镜头的视场角2θ、光学总长TTL、实际半像高IH、有效焦距f，光圈数F#，入瞳直径EPD以及与前述的每个条件式对应的相关数值。

表9

综上所述，本发明实施例提供的光学镜头，通过合理的搭配各透镜之间的镜片形状、材料与光焦度组合，有效的缩短了光学镜头的总体长度，同时修正了光学镜头的像差，由此，本发明实施例提供的光学镜头具有高像素、小型化、低敏感性等优点，其对手机类电子设备具有良好的适用性。

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。

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具有高像素、小型化、低敏感性的优点，具有光学镜头100的成像设备500也具有高像素、小型化、低敏感性的优点。

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，共四片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次包括：

光阑；

具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第二透镜的像侧面为凸面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

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，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面，且所述第四透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点；

其中，所述光学镜头的入瞳直径EPD<1.4mm；且所述光学镜头满足以下条件式：

0.12<CT1/TTL<0.35；

0.5<R31/R32<1；

0.1<(SAG31-SAG32)/CT3 <0.8；

其中，CT1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，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边缘矢高，SAG32表示所述第三透镜的像侧面的边缘矢高，CT3表示所述第三透镜的中心厚度。

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：

0.5<DM1/f<0.65；

其中，DM1表示所述第一透镜的有效直径，f表示所述光学镜头的有效焦距。

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：

-4mm<(Nd2/Nd1)×f2<-2.5mm；

其中，Nd1表示所述第一透镜的折射率，Nd2表示所述第二透镜的折射率，f2表示所述第二透镜的有效焦距。

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：

1.5<f1/CT1<5.5；

-1<R11/R12<0；

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，f1表示所述第一透镜的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R12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，所述光学镜头满足以下条件式：

1.2<CT1/ET1<1.8；

0.3<CT1/DM1<1.0；

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，ET1表示所述第一透镜的边缘厚度，DM1表示所述第一透镜的有效直径。

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<R21/R22<0.4；

-10<(R21+R22)/f<-1；

其中，R21表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，f表示所述光学镜头的有效焦距。

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：

0.2<R41/DM4<0.35；

其中，R41表示所述第四透镜的物侧面的曲率半径，DM4表示所述第四透镜的有效直径。

8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

0<IH-f×tan(θ)<0.01mm；

其中，IH表示所述光学镜头的实际半像高，θ表示所述光学镜头的半视场角，f表示所述光学镜头的有效焦距。

9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

0.7<f1/f<1.2；

-1.5<f2/f<-0.8；

1.5<f3/f<3；

2<f4/f<10；

其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距， f3表示所述第三透镜的有效焦距，f4表示所述第四透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

10.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-9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。