CN117471666B - 光学镜头及成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学镜头及成像设备，该镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，其物侧面为凹面，像侧面在近光轴处为凸面；具有正光焦度的第五透镜，其像侧面在近光轴处为凸面。本发明通过合理约束各透镜的面型及光焦度，使其满足大光圈、总长小和短焦距的均衡。
Description
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
光学镜头也叫摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。对比智能手机、平板电脑、功能手机的光学镜头出货量占比，其中智能手机的光学镜头出货量占比最高，主要原因是智能手机厂商不断进行技术创新，使得双摄像头产品逐步在智能手机镜头行业渗透，多摄像头产品也逐渐进入市场，手机光学镜头产品创新能力得到增强。因此，光学镜头在手机应用领域的需求将不断释放。
根据光学镜片特性原理，光学镜头可分为塑胶镜头、玻璃镜头和玻塑混合镜头三大类，在三类光学镜头中，玻璃镜头采用玻璃透镜组立而成，塑胶镜头采用塑胶镜片组立而成，二者在材料属性、加工工艺、透光率等方面都存在着很大的差异，因此最终的适用范围也大有不同。一般而言，塑胶镜头具备可塑性强、容易制成非球面形状，方便小型化等特点，广泛应用于手机、数码相机等设备上。
如何设计出结构紧凑，大光圈、总长小和短焦距的塑胶镜头是当前急需解决的问题。
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，至少具有大光圈、总长小和短焦距的优点。
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：
具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面在近光轴处为凸面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凸面。
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，采用五片塑胶镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头具有大光圈、总长小和短焦距的特点，同时通过合理地选取各透镜的材料，可以有效矫正***色差。
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F-Tan(θ)畸变曲线图；
图3为本发明第一实施例的光学镜头的象散曲线图；
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F-Tan(θ)畸变曲线图；
图7为本发明第二实施例的光学镜头的象散曲线图；
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F-Tan(θ)畸变曲线图；
图11为本发明第三实施例的光学镜头的象散曲线图；
图12为本发明第三实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。
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：第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及滤光片。
其中，具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
具有正光焦度的第二透镜，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，像侧面为凸面；
具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面在近光轴处为凸面；
具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凸面；
上述透镜中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜均为塑胶非球面镜片，可以有效降低成本，修正像差，使得光学镜头结构紧凑，具有大光圈及高像素。
本发明采用五片塑胶镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头具有大光圈、总长小和短焦距的特点，同时通过合理地选取各透镜的材料，可以有效矫正***色差。
在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：
；（1）
其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径。满足上述条件式（1）时，通过合理控制光学镜头有效焦距与入瞳直径的比值，可使光学镜头具有大光圈的特性，特别是当光学镜头在黑暗环境中成像时，可降低光线太弱带来的噪点影响，从而提高成像质量，使得该光学镜头能够满足在不同光通量情况下的成像需求。
在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：
；（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。通过合理设置有效焦距和总长的比值，在控制整体总长的大小的同时有效控制焦距的大小，使得镜头同时满足小总长和短焦距的均衡，同时兼顾像差。
在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：
；（3）
其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长。通过制整体总长的大小，具有小型化特点。
在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：
；（4）
其中，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。满足上述范围，通过合理限制第一透镜的面形，以修正离轴像差，并让光线在第一透镜中能有适当的入射及出射角度，有助于增大视场角及成像面的面积，保证高品质成像。
在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：
；（5）
其中，f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足上述条件式（5），通过合理设置第一透镜和第二透镜的焦距值，能够更好矫正***的畸变，减小边缘视场的畸变值，提高整个视场内的成像品质。
在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：
； （6）
； （7）
其中，CT3表示第三透镜在光轴上的中心厚度，DM3表示所述第三透镜的有效口径，DM4表示第四透镜的有效口径。满足上述条件式（6）和（7），通过合理控制第三透镜的有效口径与第四透镜的有效口径的比值，并通过控制第三透镜的中心厚度与其有效口径的比值来控制第三透镜的弯曲形状，能够有效减缓光线的转折趋势，有效校正轴外视场的像差和畸变，保证镜头高品质成像。
在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：
；（8）
；（9）
其中，CT3表示第三透镜在光轴上的中心厚度，CT4表示第四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（8）和（9），通过合理设置第三透镜与第四透镜的中心厚度，以避免第四透镜过薄而容易造成镜片在成型时塑脂材料填充不均，或第三透镜厚度过厚导致镜片在组装过程中配合过盈与镜筒干涉，影响成像效果，并且通过合理设置第三透镜、第四透镜的中心厚度之和与总长的比值，有助于控制光学总长，具有小型化特点。
在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：
；（10）
其中，R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径，f2表示所述第二透镜的有效焦距。满足上述条件式（10）时，可合理控制第二透镜的面型，有助于降低***敏感度，通过降低成型难度来提升制造良率，同时也可以降低镜头产生的杂散光，提升镜头成像质量。
在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：
；（11）
其中，SAG51表示所述第五透镜的物侧面有效口径处的矢高，SAG52表示所述第五透镜的像侧面有效口径处的矢高。满足条件式（11）时，能够合理地控制第五透镜的弯曲程度，可降低第五透镜的成型难度，从而降低加工敏感度，提高量产率。
在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：
；（12）
其中，SAG41表示所述第四透镜物侧面有效口径处的矢高，CT4表示第四透镜在光轴上的中心厚度。满足上述条件式（12）时，可适当调整第四透镜的矢高与厚度的比值，有利于镜片制作与成型，提升制造良率，缩短光学镜头的总长度。
作为一种实施方式，采用五片塑胶非球面镜片结构，通过合理约束各透镜的面型及光焦度，使其结构紧凑，以实现大光圈、总长小和短焦距的特点。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，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，A2i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依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、光阑ST、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具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面，第一透镜的像侧面S2为凹面；
第二透镜L2具有正光焦度，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具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5为凸面，第三透镜的像侧面S6为凸面；
第四透镜L4具有负光焦度，第四透镜的物侧面S7为凹面，第四透镜的像侧面S8在近光轴处为凸面；
第五透镜L5具有正光焦度，第五透镜的物侧面S9为凸面，第五透镜的像侧面S10在近光轴处为凸面；
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-Tan(θ)畸变曲线图、象散曲线图、垂轴色差曲线图。其中，镜头的F-Tan(θ)畸变小于3%，场曲的偏移量控制在±0.15mm以内，垂轴色差的偏移量控制在±3μm以内，说明光学镜头100的畸变、场曲、轴上点球差色差得到良好矫正。
第二实施例
请参阅图5，所示为本发明第二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，不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。
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，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以及图8，所示分别为光学镜头200的F-Tan(θ)畸变曲线图、象散曲线图、垂轴色差曲线图。其中，镜头的F-Tan(θ)畸变小于8%，场曲的偏移量控制在±0.12mm以内，垂轴色差的偏移量控制在±3.5μm以内，说明光学镜头200的畸变、场曲、垂轴色差得到良好矫正。
第三实施例
请参照图9，所示为本发明第三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，不同之处主要在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。
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以及图12，所示分别为光学镜头300的F-Tan(θ)畸变曲线图、象散曲线图、垂轴色差曲线图。其中，镜头的F-Tan(θ)畸变小于8%，场曲的偏移量控制在±0.3mm以内，垂轴色差的偏移量控制在±5μm以内，说明光学镜头300的畸变、场曲、垂轴色差得到良好矫正。
表7
请参阅表7，所示为上述三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，以及与前述的每个条件式对应的相关数值。
本发明还提供了一种成像设备，包括上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。与现有技术相比，本发明的成像设备至少具有以下优点：
采用五片塑胶非球面镜片通过合理的设置光阑以及各透镜形状，使得成像设备具有高像素的成像质量。
本发明的成像设备采用上述光学镜头，光学镜头采用五片塑胶非球面镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，满足了镜头大光圈的需求，同时具有总长小、短焦距等优点。
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 (9)
1.一种光学镜头，其特征在于，由五片透镜构成，沿光轴从物侧到成像面依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
光阑；
具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面在近光轴处为凸面；
具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凸面；
所述光学镜头满足以下条件式：
1.4＜f/EPD＜1.5；
其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径；
所述光学镜头满足以下条件式：
0.15＜f/TTL＜0.25；
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。
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：
3.5＜TTL＜4.5；
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：
0.8＜(R11-R12)/(R11+R12)＜0.9；
其中，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。
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：
0.5＜(f1+f2)/f＜1.5；
其中，f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。
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：
0.4＜CT3/DM3＜0.5；
0.8＜DM3/DM4＜0.9；
其中，CT3表示第三透镜在光轴上的中心厚度，DM3表示所述第三透镜的有效口径，DM4表示第四透镜的有效口径。
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：
0.1＜(CT3+CT4)/TTL＜0.2；
2＜CT3/CT4＜2.5；
其中，CT3表示第三透镜在光轴上的中心厚度，CT4表示第四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。
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：
3.5＜(R21+R22)/f2＜5.5；
其中，R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径，f2表示所述第二透镜的有效焦距。
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：
-1.5＜SAG41/CT4＜-0.5；
其中，SAG41表示所述第四透镜物侧面有效口径处的矢高，CT4表示第四透镜在光轴上的中心厚度。
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。
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