CN114609763B - 一种小型化光学镜头、成像装置以及便携终端 - Google Patents

一种小型化光学镜头、成像装置以及便携终端 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光学仪器，具体涉及一种小型化光学镜头、成像装置以及便携终端，解决现有小型化摄像装置的光学镜头在小体积的条件下难以适应更大的探测器靶面，同时在更高的空间频率下难以具备更高的光学调制传递函数的技术问题；该小型化光学镜头，包括沿光线入射方向依次同轴排布的镜头光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及焦平面；第一透镜、第五透镜的光焦度范围均为0.002＜光焦度绝对值＜0.003；第二透镜光焦度范围为0.3＜光焦度绝对值＜0.4；第三透镜、第四透镜的光焦度范围均为0.25＜光焦度绝对值＜0.3；包括该小型化光学镜头的成像装置具有体积小、重量轻且光圈大的特点，特别适合于便携终端应用。

Description

一种小型化光学镜头、成像装置以及便携终端
技术领域
本发明涉及一种光学镜头及光学仪器，具体涉及一种小型化光学镜头、成像装置以及便携终端。
背景技术
随着手机、安防和汽车成像技术的发展，小型化摄像装置的需求要要越来越多。摄像装置小型化对光学镜头的要求通常从两方面考虑，一方面是关于小型化摄像装置探测器的象元越来越小，另一方面是关于小型化摄像装置探测器的象元数量越来越多，从而使得小型化摄像装置的光学镜头需要在小体积的同时具备兼容更大的探测器靶面，在更高的空间频率下具备更高的光学调制传递函数。但是目前小型化光学镜头难以达到上述要求。
发明内容
本发明的目的是解决现有小型化摄像装置的光学镜头在小体积的条件下难以适应更大的探测器靶面，同时在更高的空间频率下难以具备更高的光学调制传递函数的技术问题，而提供一种小型化光学镜头、成像装置以及便携终端，其体积小、重量轻且光圈大，特别适合于手机应用。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
本发明一种小型化光学镜头，其特殊之处在于：包括沿光线入射方向依次同轴排布的镜头光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及焦平面；
第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜与第五透镜均为双面非球面，其直径均≤5mm；
第一透镜、第五透镜的光焦度范围均为0.002＜光焦度绝对值＜0.003；
第二透镜光焦度范围为0.3＜光焦度绝对值＜0.4；
第三透镜、第四透镜的光焦度范围均为0.25＜光焦度绝对值＜0.3。
进一步地，所述第一透镜的第一非球面为凹面。
进一步地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜与第五透镜的非球面系数均满足非球面公式；
第一透镜的第一面非球面系数分别为A1、B1、C1、D1,其中A1、B1、C1、D1,满足以下条件：
0.015＜A1＜0.02，0.009＜B1＜0.01，-0.004＜C1＜-0.003，0.0008＜D1＜0.0009；
第一透镜的第二面非球面系数分别为a1、b1、c1、d1、e1，其中a1、b1、c1、d1、e1，满足以下条件：
0.02＜a1＜0.03，0.001＜b1＜0.002，0.0003＜c1＜0.0004，-0.0007＜d1＜-0.0006，0.0002＜e1＜0.0003；
第二透镜的第一面非球面系数分别为A2、B2、C2、D2,其中A2、B2、C2、D2,满足以下条件：
0.0025＜A2＜0.003，-0.002＜B2＜-0.0015，-0.00025＜C2＜-0.002，-0.00025＜D2＜-0.002；
第二透镜的第二面非球面系数分别为a2、b2、c2、d2、e2，其中a2、b2、c2、d2、e2，满足以下条件：
0.003＜a2＜0.0035，-0.0015＜b2＜-0.001，0.00015＜c2＜0.0002，-0.00045＜d2＜-0.0004，4.5×10-5＜e2＜5×10-5；
第三透镜的第一面非球面系数分别为A3、B3、C3、D3,其中A3、B3、C3、D3,满足以下条件：
-0.009＜A3＜-0.008，-0.003＜B3＜-0.0027，0.0006＜C3＜0.0007，7.7×10-5＜D3＜8×10-5；
第三透镜的第二面非球面系数分别为a3、b3、c3、d3、e3，其中a3、b3、c3、d3、e3，满足以下条件：
-0.04＜a3＜-0.035，0.004＜b3＜0.0045，-0.0045＜c3＜-0.004，0.0015＜d3＜0.002，-0.00035＜e3＜-0.0003；
第四透镜的第一面非球面系数分别为A4、B4、C4、D4,其中A4、B4、C4、D4,满足以下条件：
0.004＜A4＜0.004，0.006＜B4＜0.0065，-0.0015＜C4＜-0.001，7.7×10-5＜D4＜8×10-5；
第四透镜的第二面非球面系数分别为a4、b4、c4、d4、e4、f4、g4，其中a4、b4、c4、d4、e4、f4、g4满足以下条件：
0.025＜a4＜0.03，-0.001＜b4＜-0.00095，0.002＜c4＜0.0025，-0.00045＜d4＜-0.0004，1.95×10-5＜e4＜2×10-5，-1.45×10-6＜f4＜-1.4×10-6，4.25×10-7＜g4＜4.3×10-7；
第五透镜的第一面非球面系数分别为A5、B5、C5，其中A5、B5、C5,满足以下条件：
-0.07＜A＜-0.065，0.02＜B＜0.025，-0.0025＜C＜-0.002；
第五透镜第二面非球面系数分别为a4、b4、c4、d4，其中a4、b4、c4、d4，满足以下条件：
-0.095＜a4＜-0.09，0.02＜b4＜0.025，-0.003＜c4＜-0.0025，9×10-5＜d4＜9.5×10-5。
进一步地，所述第一透镜、第三透镜的材料均为zf系列高折射率低色散玻璃；
第二透镜的材料为lak系列高折射率高色散玻璃；
第四透镜的材料为zlaf系列高折射率高色散玻璃；
第五透镜的材料为zf系列低折射率低色散玻璃。
进一步地，所述第一透镜的直径小于等于2.7mm；
第二透镜、第三透镜与第三透镜的直径均小于等于3.8mm；
第四透镜直径小于等于4.5mm；
第五透镜直径小于等于4.8mm。
进一步地，所述镜头光阑的直径为2mm；焦平面的对角线为5.64mm。
进一步地，所述镜头光阑与焦平面之间的距离为7.6mm；焦距f为4.4mm；相对孔径1/F为1/2.2。
本发明还提供了一种成像装置，其特殊之处在于：包括上述的小型化光学镜头。
另外，本发明还提供了一种便携终端，其特殊之处在于，包括上述的成像装置。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
1、本发明小型化光学镜头，采用五片双面非球面透镜设计，镜头光阑与焦平面之间的距离为7.6mm，五片双面非球面透镜中最大一个透镜的直径为Φ5mm，焦平面尺寸可以达到5.67mm，使得光学镜头的体积小，其重量预估小于等于0.2g，焦距为4.4mm，F数为2.2；同时在更高的空间频率下具备更高的光学调制传递函数，全视场光学调制传递函数在200lp/mm处优于0.3，全视场畸变在5％以内，适用于1/2.84英寸以下探测器，分辨率可以达到200lp/mm以上，使光学镜头的球差及像散校正较好，成像质量好。
2、本发明小型化光学镜头的第一透镜凹向被测像体，装调后前端不易被磕碰。
3、本发明小型化光学镜头的结构分布合理，无透镜干涉，易于加工装配。
4、本发明小型化光学镜头的体积小、重量轻、光圈大，特别是适合于手机等便携终端的应用。
附图说明
图1为本发明小型化光学镜头实施例的结构示意图；
图2为本发明小型化光学镜头实施例的光学调制传递函数示意图；
图3为本发明小型化光学镜头实施例的畸变曲线示意图；
图4为本发明小型化光学镜头实施例的球差曲线示意图；
图5为本发明小型化光学镜头实施例的像散曲线示意图。
图中附图标记为：
1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-第四透镜，5-第五透镜，6-焦平面，7-镜头光阑。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
如图1所示，一种小型化光学镜头，包括沿光线入射方向依次同轴排布的镜头光阑7、第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5以及焦平面6；镜头光阑7位于第一透镜1之前，且与第一透镜1同轴设置；焦平面6位于第五透镜5之后，且与第五透镜5的同轴设置；入射光线依次穿过镜头光阑7、第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5到达焦平面6。
其中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5均采用了双面非球面，材料种类均不同。
镜头光阑7前置，减小了光学镜头的外露尺寸和整个光学镜头的镜片外径，同时有效减小光学镜头的体积与重量。镜头光阑7与焦平面6之间的长度为7.6mm，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5中最大的直径为Φ5mm。光学镜头的焦距f为4.4mm，光学镜头的F数为2.2，其全视场畸变在5％以内，适用于1/2.84英寸以下探测器，分辨率可以达到200lp/mm以上，预估重量小于等于0.2g。
本实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4与第五透镜5的非球面系数均满足非球面公式；
第一透镜1直径小于等于2.7mm，第一透镜1的材料为zf系列高折射率低色散玻璃，光焦度0.002＜光焦度绝对值＜0.003，第一透镜1的第一面非球面系数分别为A1、B1、C1、D1,其中A1、B1、C1、D1,满足以下条件：0.015＜A1＜0.02，0.009＜B1＜0.01，-0.004＜C1＜-0.003，0.0008＜D1＜0.0009；第一透镜1的第二面非球面系数分别为a1、b1、c1、d1、e1，其中a1、b1、c1、d1、e1，满足以下条件：0.02＜a1＜0.03，0.001＜b1＜0.002，0.0003＜c1＜0.0004，-0.0007＜d1＜-0.0006，0.0002＜e1＜0.0003；
第二透镜2直径小于等于3.8mm，第二透镜2的材料为lak系列高折射率高色散玻璃，光焦度0.3＜光焦度绝对值＜0.4，第二透镜2的第一面非球面系数分别为A2、B2、C2、D2,其中A2、B2、C2、D2,满足以下条件：0.0025＜A2＜0.003，-0.002＜B2＜-0.0015，-0.00025＜C2＜-0.002，-0.00025＜D2＜-0.002；第二透镜2的第二面非球面系数分别为a2、b2、c2、d2、e2，其中a2、b2、c2、d2、e2，满足以下条件：0.003＜a2＜0.0035，-0.0015＜b2＜-0.001，0.00015＜c2＜0.0002，-0.00045＜d2＜-0.0004，4.5×10-5＜e2＜5×10-5；
第三透镜3直径小于等于3.8mm，第三透镜3的材料为zf系列高折射率低色散玻璃，光焦度0.25＜光焦度绝对值＜0.3，第三透镜3的第一面非球面系数分别为A3、B3、C3、D3,其中A3、B3、C3、D3,满足以下条件：-0.009＜A3＜-0.008，-0.003＜B3＜-0.0027，0.0006＜C3＜0.0007，7.7×10-5＜D3＜8×10-5；第三透镜3的第二面非球面系数分别为a3、b3、c3、d3、e3，其中a3、b3、c3、d3、e3，满足以下条件：-0.04＜a3＜-0.035，0.004＜b3＜0.0045，-0.0045＜c3＜-0.004，0.0015＜d3＜0.002，-0.00035＜e3＜-0.0003；
第四透镜4直径小于等于4.5mm，第四透镜4的材料为zlaf系列高折射率高色散玻璃，光焦度0.25＜光焦度绝对值＜0.3，第四透镜4的第一面非球面系数分别为A4、B4、C4、D4,其中A4、B4、C4、D4,满足以下条件：0.004＜A4＜0.004，0.006＜B4＜0.0065，-0.0015＜C4＜-0.001，7.7×10-5＜D4＜8×10-5；第四透镜4的第二面非球面系数分别为a4、b4、c4、d4、e4、f4、g4，其中a4、b4、c4、d4、e4、f4、g4满足以下条件：0.025＜a4＜0.03，-0.001＜b4＜-0.00095，0.002＜c4＜0.0025，-0.00045＜d4＜-0.0004，1.95×10-5＜e4＜2×10-5，-1.45×10-6＜f4＜-1.4×10-6，4.25×10-7＜g4＜4.3×10-7；
第五透镜5直径小于等于4.8mm，第五透镜5的材料为zf系列低折射率低色散玻璃，光焦度0.002＜光焦度绝对值＜0.003，第五透镜5的第一面非球面系数分别为A5、B5、C5，其中A5、B5、C5,满足以下条件：-0.07＜A＜-0.065，0.02＜B＜0.025，-0.0025＜C＜-0.002；第五透镜5第二面非球面系数分别为a4、b4、c4、d4，其中a4、b4、c4、d4，满足以下条件：-0.095＜a4＜-0.09，0.02＜b4＜0.025，-0.003＜c4＜-0.0025，9×10-5＜d4＜9.5×10-5。
本实施例中，第一透镜1的第一面非球面为凹面，焦平面6的对角线为5.64mm，可以满足1/2.84英寸以下相机成像；镜头光阑7位于最前面，其直径为2mm。
如图2所示，从光学镜头光学调制传递函数图中可以看出，其中心视场光学调制传递函数可以达到0.65@200lp/mm，全视场光学调制传递函数可以达到0.3@200lp/mm，可以实现较好成像效果。
如图3所示，是本发明提供的光学镜头的畸变曲线，从图中可以看出畸变控制较好，全视场畸变可以控制达到5％以内。
如图4、图5所示，是本发明提供的球差曲线与像散曲线，由图可知，该镜头球差和像散校正较好。
本发明小型化光学镜头可以应用在成像装置中；该成像装置还可以应用在便携终端上，此处的终端设备可以是计算机、笔记本、掌上电脑、手机及各种云端服务器等探测设备。

Claims (6)

1.一种小型化光学镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向依次同轴排布的镜头光阑(7)、第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)以及焦平面(6)；
所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)与第五透镜(5)均为双面非球面，其直径均≤5mm；
所述第一透镜(1)、第五透镜(5)的光焦度范围均为0.002＜光焦度绝对值＜0.003；
所述第二透镜(2)光焦度范围为0.3＜光焦度绝对值＜0.4；
所述第三透镜(3)、第四透镜(4)的光焦度范围均为0.25＜光焦度绝对值＜0.3；
所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)与第五透镜(5)的非球面系数均满足非球面公式；
所述第一透镜(1)的第一面非球面系数分别为A1、B1、C1、D1,其中A1、B1、C1、D1,满足以下条件：
0.015＜A1＜0.02，0.009＜B1＜0.01，-0.004＜C1＜-0.003，0.0008＜D1＜0.0009；
所述第一透镜(1)的第二面非球面系数分别为a1、b1、c1、d1、e1，其中a1、b1、c1、d1、e1，满足以下条件：
0.02＜a1＜0.03，0.001＜b1＜0.002，0.0003＜c1＜0.0004，-0.0007＜d1＜-0.0006，0.0002＜e1＜0.0003；
所述第二透镜(2)的第一面非球面系数分别为A2、B2、C2、D2,其中A2、B2、C2、D2,满足以下条件：
0.0025＜A2＜0.003，-0.002＜B2＜-0.0015，-0.00025＜C2＜-0.002，-0.00025＜D2＜-0.002；
所述第二透镜(2)的第二面非球面系数分别为a2、b2、c2、d2、e2，其中a2、b2、c2、d2、e2，满足以下条件：
0.003＜a2＜0.0035，-0.0015＜b2＜-0.001，0.00015＜c2＜0.0002，-0.00045＜d2＜-0.0004，4.5×10-5＜e2＜5×10-5；
所述第三透镜(3)的第一面非球面系数分别为A3、B3、C3、D3,其中A3、B3、C3、D3,满足以下条件：
-0.009＜A3＜-0.008，-0.003＜B3＜-0.0027，0.0006＜C3＜0.0007，7.7×10-5＜D3＜8×10-5；
所述第三透镜(3)的第二面非球面系数分别为a3、b3、c3、d3、e3，其中a3、b3、c3、d3、e3，满足以下条件：
-0.04＜a3＜-0.035，0.004＜b3＜0.0045，-0.0045＜c3＜-0.004，0.0015＜d3＜0.002，-0.00035＜e3＜-0.0003；
所述第四透镜(4)的第一面非球面系数分别为A4、B4、C4、D4,其中A4、B4、C4、D4,满足以下条件：
0.004＜A4＜0.004，0.006＜B4＜0.0065，-0.0015＜C4＜-0.001，7.7×10-5＜D4＜8×10-5；
所述第四透镜(4)的第二面非球面系数分别为a4、b4、c4、d4、e4、f4、g4，其中a4、b4、c4、d4、e4、f4、g4满足以下条件：
0.025＜a4＜0.03，-0.001＜b4＜-0.00095，0.002＜c4＜0.0025，-0.00045＜d4＜-0.0004，1.95×10-5＜e4＜2×10-5，-1.45×10-6＜f4＜-1.4×10-6，4.25×10-7＜g4＜4.3×10-7；
所述第五透镜(5)的第一面非球面系数分别为A5、B5、C5，其中A5、B5、C5,满足以下条件：
-0.07＜A＜-0.065，0.02＜B＜0.025，-0.0025＜C＜-0.002；
所述第五透镜(5)第二面非球面系数分别为a4、b4、c4、d4，其中a4、b4、c4、d4，满足以下条件：
-0.095＜a4＜-0.09，0.02＜b4＜0.025，-0.003＜c4＜-0.0025，9×10-5＜d4＜9.5×10-5；
所述镜头光阑(7)的直径为2mm；
所述焦平面(6)的对角线为5.64mm；
所述镜头光阑(7)与焦平面(6)之间的距离为7.6mm；焦距f为4.4mm；相对孔径1/F为1/2.2。
2.根据权利要求1所述的小型化光学镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)的第一非球面为凹面。
3.根据权利要求2所述的小型化光学镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)、第三透镜(3)的材料均为zf系列高折射率低色散玻璃；
所述第二透镜(2)的材料为lak系列高折射率高色散玻璃；
所述第四透镜(4)的材料为zlaf系列高折射率高色散玻璃；
所述第五透镜(5)的材料为zf系列低折射率低色散玻璃。
4.根据权利要求3所述的小型化光学镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)的直径小于等于2.7mm；
所述第二透镜(2)、第三透镜(3)与第三透镜(3)的直径均小于等于3.8mm；
所述第四透镜(4)直径小于等于4.5mm；
所述第五透镜(5)直径小于等于4.8mm。
5.一种成像装置，其特征在于：包括权利要求1-4中任一项所述的小型化光学镜头。
6.一种便携终端，其特征在于：包括权利要求5所述的成像装置。
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