CN114326062B

CN114326062B - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN114326062B
Application number: CN202210244076.3A
Authority: CN
Inventors: 于笑枝; 徐丽丽; 曾昊杰; 章彬炜
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2022-03-14
Filing date: 2022-03-14
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2042-03-14
Also published as: CN114326062A

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；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面和像侧面均为凹面；具有负光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；第一透镜至第五透镜中至少具有一片非球面镜片。该光学镜头具有高像素、长焦距、小畸变的优点。

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，以及随着智能手机、平板电脑、电子阅读器等电子设备的迅速发展，业界对电子设备摄像功能的要求也越来越高，具备各种不同特性的摄像镜头能够适应不同的应用场景，满足不同的拍摄需求。其中，具备长焦特性的摄像镜头能够拍摄远处的景象，并能够有效的虚化背景而突出主体，提升对远处景象的成像质量，满足远摄需求。然而，目前长焦镜头的分辨率较低，导致拍摄的清晰度不高，影响拍摄体验。

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，具有高像素、长焦距、小畸变的优点。

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；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凹面；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面，所述第五透镜的像侧面为凸面；所述第一透镜至所述第五透镜中至少具有一片非球面镜片。

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，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搭配和合理的光焦度分配，在满足高像素的同时具有较长的焦距，从而较好地实现了镜头长焦距与高像素的均衡。由于镜头具有较长的焦距，可有效的虚化背景而突出主体，提升对远处景象的成像质量。

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象散曲线图；

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的光学镜头的象散曲线图；

图7为本发明第二实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图8为本发明第二实施例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的光学镜头的象散曲线图；

图11为本发明第三实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图12为本发明第三实施例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，第一透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凹，第二透镜的像侧面为凹面；

第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凸面；

第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面为凹面，第五透镜的像侧面为凸面；

其中，第一透镜至第五透镜中至少具有一个非球面镜片。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.5<TTL/f<1；（1）

f>20mm；（2）

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，TTL表示所述光学镜头的光学总长。满足条件式（1）和（2），能够合理控制所述光学镜头的有效焦距和光学总长，更好实现镜头的长焦性能，可有效的虚化背景而突出主体，提升对远处景象的成像质量。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.1<IH/f<0.35；（3）

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，IH表示所述光学镜头的实际半像高。满足条件式（3），能够合理地控制所述光学镜头的有效焦距和成像面积，能够更好地实现所述光学镜头的长焦距和高像素的均衡。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.4<R1/f1<0.8；（4）

0<R1/R2<0.5；（5）

其中，f1表示第一透镜的焦距，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（4）和（5），能够合理控制第一透镜的面型和焦距，有利于第一透镜大口径镜片的加工成型，提高解像品质。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1.5<CT1/CT2<8.5；（6）

0.08<CT1/TTL<0.2；（7）

其中，CT1表示第一透镜在光轴上的中心厚度，CT2表示第二透镜在光轴上的中心厚度，TTL表示光学镜头的光学总长。满足条件式（6）和（7），能够合理地控制第一透镜与第二透镜的中心厚度，有利于降低所述光学镜头的敏感度，提高生产加工良率。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-1<R3/f<-0.2；（8）

-1<(R3+R4)/(R3-R4)<0；（9）

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，R3表示第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示第二透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（8）和（9），能够合理控制第二透镜的面型，减缓光线的曲折度，有利于校正所述光学镜头的光学畸变。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-10<f3/f<-1；（10）

5<(R5+R6)/(R5-R6)<20；（11）

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f3表示第三透镜的焦距，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（10）和（11），能够合理控制第三透镜的面型和焦距，合理控制光线在第三透镜的入射角，有利于实现所述光学镜头的长焦特性。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.1<f2/f3<0.5；（12）

-3.5<f4/f5<-0.5；（13）

其中，f2表示第二透镜的焦距，f3表示第三透镜的焦距，f4表示第四透镜的焦距，f5表示第五透镜的焦距。满足条件式（12）和（13），能够合理搭配第二透镜至第五透镜的焦距，有利于校正所述光学镜头的高级像差，提高所述光学镜头的解像品质。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.1<TC23/TC34<0.2；（14）

0.05<TC12/TC45<0.15；（15）

其中，TC12表示第一透镜和第二透镜在光轴上的间隔距离，TC23表示第二透镜和第三透镜在光轴上的间隔距离，TC34表示第三透镜和第四透镜在光轴上的间隔距离，TC45表示第四透镜和第五透镜在光轴上的间隔距离。满足条件式（14）和（15），能够合理分配相邻各透镜之间的空气间隔，有利于减小所述光学镜头的敏感度。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1<f4/f<5；（16）

2<(R7+R8)/(R7-R8)<15；（17）

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f4表示第四透镜的焦距，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（16）和（17），能够合理控制所述第四透镜的面型和焦距，有利于使所述光学镜头具有长焦特性。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.12<CT4/CT5<0.5；（18）

0.1<CT5/TTL<0.25；（19）

其中，CT4表示第四透镜在光轴上的中心厚度，CT5表示第五透镜在光轴上的中心厚度，TTL表示所述光学镜头的光学总长。满足条件式（18）和（19），能够合理地控制第四透镜与第五透镜的中心厚度，使第五透镜具有较大的中心厚度，有利于校正中心视场和轴外视场的像差，提高所述光学镜头的解像品质。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-5<f5/f<-0.5；（20）

-4<(R9+R10)/(R9-R10)<-1；（21）

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f5表示第五透镜的焦距，R9表示第五透镜的物侧面的曲率半径，R10表示第五透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（20）和（21），能够合理控制第五透镜的面型和焦距，有利于实现所述光学镜头的长焦特性。

本发明的光学镜头采用多片非球面镜片组合，将光阑设置在第一透镜之前，同时通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头具有良好的成像质量；并通过合理设置IH/f的值，能够更好实现所述光学镜头的长焦距和高像素的均衡。

具体地，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，当透镜采用非球面透镜时，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，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为圆锥系数conic，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中提供的光学镜头100的结构示意图，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面S13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以及滤光片G1。

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在近光轴处为凹面；

第二透镜L2具有负光焦度，第二透镜的物侧面S3和像侧面S4均为凹面；

第三透镜L3具有负光焦度，第三透镜的物侧面S5为凸面，第三透镜的像侧面S6为凹面；

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为凸面；

第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面S9为凹面，第五透镜的像侧面S10为凸面；

滤光片G1的物侧面为S11、像侧面为S12。

其中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5均为塑胶非球面镜片。

具体地，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的象散曲线图、畸变曲线图和垂轴色差曲线图分别如图2、图3和图4所示。

图2的象散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中可看出两个方向像面的象散控制在±0.1mm以内，说明光学镜头100的象散矫正良好。

图3的畸变曲线表示成像面上不同像高处的光学畸变。其中，图3中横轴表示畸变百分比，纵轴表示视场角（单位：度）。从图中可以看出光学畸变控制在±2%以内，说明光学镜头100的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（0.55μm）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。

第二实施例

请参阅图5，所示为本发明第二实施例中提供的光学镜头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，各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度、材质有所差异。

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的象散曲线图、畸变曲线图和垂轴色差曲线图分别如图6、图7和图8所示。

图6的象散曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图6中可看出两个方向像面的象散控制在±0.05mm以内，说明光学镜头200的象散矫正良好。

图7的畸变曲线表示成像面上不同像高处的光学畸变。从图7中可以看出光学畸变控制在±2%以内，说明光学镜头200的畸变得到良好的矫正。

图8的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长（0.55μm）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300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。

第三实施例

请参阅图9，所示为本发明第三实施例中提供的光学镜头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，各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度、材质有所差异。

具体的，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的象散曲线图、畸变曲线图和垂轴色差曲线图分别如图10、图11和图12所示。

图10的象散曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图10中可看出两个方向像面的象散控制在±0.1mm以内，说明光学镜头300的象散矫正良好。

图11的畸变曲线表示成像面上不同像高处的光学畸变。从图11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。

图12的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长（0.55μm）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300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。

表7是上述三个实施例对应的光学特性，主要包括***的有效焦距f、实际半像高IH、光学总长TTL及视场角2θ，以及与上述每个条件式对应的数值。

表7

综上，本发明各实施例提供的光学镜头具有以下的优点：

（1）本发明提供的光学镜头由于光阑及各透镜形状设置合理，一方面具有较长的有效焦距（f>20mm），从而使镜头能够有效的虚化背景而突出主体，提升对远处景象的成像质量，满足远摄需求；另一方面，使得镜头具有较高像素的成像质量，可匹配4800万像素的芯片，更好地均衡了长焦距和高像素的设计需求。

（2）采用五片具有特定光焦度的非球面镜片，通过特定的表面形状搭配，使得镜头具有较小的畸变（畸变<2%），能够满足高品质成像质量的需求。

第四实施例

请参阅图13，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、监控设备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。

本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具有高像素、长焦距、小畸变的优点，具有光学镜头100的成像设备400也具有高像素、长焦距、小畸变的优点。

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，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；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凹面；

具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面，所述第五透镜的像侧面为凸面；

所述第一透镜至所述第五透镜中至少具有一片非球面镜片；

所述光学镜头满足以下条件式：

0.12<CT4/CT5<0.5；

0.1<CT5/TTL<0.25；

f>20mm；

0.1<IH/f<0.35；

其中，CT4表示所述第四透镜在光轴上的中心厚度，CT5表示所述第五透镜在光轴上的中心厚度，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，IH表示所述光学镜头的实际半像高。

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<TTL/f<1；

其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

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：

0.4<R1/f1<0.8；

0<R1/R2<0.5；

其中，f1表示所述第一透镜的焦距，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。

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<R3/f<-0.2；

-1<(R3+R4)/(R3-R4)<0；

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，R3表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示所述第二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：

-10<f3/f<-1；

5<(R5+R6)/(R5-R6)<20；

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f3表示所述第三透镜的焦距，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，所述光学镜头满足以下条件式：

0.1<f2/f3<0.5；

-3.5<f4/f5<-0.5；

其中，f2表示所述第二透镜的焦距，f3表示所述第三透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距，f5表示所述第五透镜的焦距。

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：

1<f4/f<5；

2<(R7+R8)/(R7-R8)<15；

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f4表示所述第四透镜的焦距，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，所述光学镜头满足以下条件式：

-5<f5/f<-0.5；

-4<(R9+R10)/(R9-R10)<-1；

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f5表示所述第五透镜的焦距，R9表示所述第五透镜的物侧面的曲率半径，R10表示所述第五透镜的像侧面的曲率半径。

9.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-8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。