CN106569317B - 一种耐公差成像镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐公差成像镜头，其包括沿所述成像镜头的光轴从物端到像端依次设置的具有第一折射率的第一正透镜、具有第一折射率的第二负透镜、具有第一折射率的第三正透镜、以及具有第一折射率的第四负透镜。所述第一折射率、第三折射率和第四折射率均小于第二折射率，且所述第一折射率与第三折射率相同。本发明的耐公差成像镜头具有“正透镜‑负透镜‑正透镜‑负透镜”的四片式透镜组合结构，以及“低折射率‑高折射率‑低折射率‑低折射率”的折射率组合，有效地降低了成像镜头的各种像差，有效地控制了成像镜头的畸变，具有耐公差、高解像、高照度的优点。

Description

一种耐公差成像镜头

技术领域

本发明涉及成像镜头，特别涉及一种耐公差成像镜头。

背景技术

随着成像镜头在便携式电子产品上的广泛应用，人们对成像镜头的像素和画面亮度的要求越来越高，故高解像、低成本、耐公差、易加工的镜头将是便携式电子产品镜头行业具有竞争力的产品。

传统的四片式成像镜头的成像质量较三片式的镜头要高，但往往牺牲了其周边的照度，且其光学系统的公差较为敏感。例如，大立光电公司申请的申请号为201310636590.2，申请日为2013年12月2日的中国发明专利申请提供了一种成像透镜组、取像装置以及可携式装置（公开号CN104614838A，公开日为2015年05月13日）。该成像透镜组的光线经过第二透镜120和第三透镜130之间、以及经过第三透镜130和第四透镜140时，其光线不够平顺、偏折较大，可见其公差较为敏感，不利于实际生产加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光线传递平顺、耐公差成像镜头。

一种耐公差成像镜头，包括沿所述成像镜头的光轴从物端到像端依次设置的具有第一折射率的第一正透镜、具有第一折射率的第二负透镜、具有第一折射率的第三正透镜、以及具有第一折射率的第四负透镜。所述第一折射率、第三折射率和第四折射率均小于第二折射率，且所述第一折射率与第三折射率相同。

优选的，所述的耐公差成像镜头的视场角大于76度，光圈值大于1.5并小于2.4，且包括光阑；所述光阑位于所述第一正透镜物侧光学面处。

优选的，所述第一正透镜与耐公差成像镜头的像面之间距离与耐公差成像镜头的像面的直径的比值应小于1.2，且第一正透镜与耐公差成像镜头的像面之间距离与耐公差成像镜头的总焦距的比值小于1.3。

优选的，第一正透镜与第二负透镜在光轴上的间距大于或等于0.025毫米。

优选的，所述第一正透镜的物侧光学面和像侧光学面均为凸面；所述第二负透镜的像侧光学面为凹面；所述第三正透镜的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面；所述第四负透镜的物侧光学面为近光轴处为凸面且在轴外有反向弯曲，像侧光学面为近光轴处为凹面且在轴外有反向弯曲。

优选的，所述第一正透镜、第三正透镜和第四负透镜的折射率均小于或者等于1.60，阿贝数值大于或者等于50；所述第二负透镜的折射率为大于或者等于1.60，阿贝数值小于或者等于30。

优选的，所述第二负透镜与第一正透镜的阿贝数值的差值大于20并小于40。

作为一种实施方式，所述第一正透镜和第三正透镜为材质相同的塑胶材料。

优选的，所述第一正透镜、第二负透镜、第三正透镜和第四负透镜均为非球面树脂透镜。

优选的，定义f为耐公差成像镜头的总焦距，f1为第一正透镜的焦距，f2是第二负透镜的焦距，f3是第三正透镜的焦距，f4是第四负透镜的焦距，则

，

，

，

。

本发明的耐公差成像镜头具有“正透镜-负透镜-正透镜-负透镜”的四片式透镜组合结构，以及“低折射率-高折射率-低折射率-低折射率”的折射率组合，有效地降低了成像镜头的各种像差，有效地控制了成像镜头的畸变，具有耐公差、高解像、高照度的优点。

附图说明

图1为本发明一实施例中的耐公差成像镜头的结构示意图。

图2为图1中成像镜头拍摄时经过各透镜的入射光线的光路图。

图3为本发明一实施例中的成像镜头的场曲及畸变测试图。

图4为本发明一实施例中的成像镜头的横向色像差及纵向色像差的测试图。

图5为本发明一实施例中的成像镜头的不同视场的Ray Fan图。

图6为本发明一实施例中的成像镜头的相对照度图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明一种耐公差成像镜头作进一步详细描述。

如图1所示，一较佳实施例中，本发明的耐公差成像镜头为四片式成像镜头，包括沿成像镜头的光轴从物端到像端依次设置的第一正透镜L1、第二负透镜L2、第三正透镜L3和第四负透镜L4。第一正透镜L1具有第一折射率，第二负透镜L2具有第二折射率，第三正透镜L3具有第三折射率，第四负透镜L4具有第四折射率。其中，第一折射率、第三折射率、第四折射率均小于第二折射率，且所述第一折射率与第三折射率相同。

入射至成像镜头的入射光线先经过低折射率的第一正透镜L1，再经过高折射率的第二负透镜L2，再经过低折射率的第三正透镜L3，最终经过低折射率的第四负透镜L4。低折射率的第一正透镜L1使成像镜头产生一定的正光焦度（也称屈光度，focal power），并且可以减少光学系统的总长度。高折射率的第二负透镜L2可以用来校正第一正透镜L1所产生的像差及光学系统所产生的色差。低折射率的第三正透镜L3可以有效地分配第一正透镜L1的光焦度并且降低光学系统的敏感度，使镜头获得更好的公差。低折射率的第四负透镜L4可以扩大视场角，同时可以使得光学系统的主点远离像面，从而有效地减小镜头总长，使镜头结构更加紧凑。从而，该“正透镜-负透镜-正透镜-负透镜”的四片式透镜组合结构以及“低折射率-高折射率-低折射率-低折射率”的折射率组合，可有效地降低成像镜头的各种像差，有效地控制了成像镜头的畸变，如图3和图4所示，具有耐公差、高解像、高照度、结构紧凑的优点。如图2所示，入射光线在经过第二负透镜L2和第三正透镜L3之间，以及第三正透镜L3和第四负正透镜L4之间时非常平顺，可见其公差敏感度低，对外视场的解像和照度有一定的提升，对光学系统进行公差分析可知，本发明的耐公差成像镜头的公差宽松，有利于于实际生产加工。

此外，本发明的耐公差成像镜头的第一正透镜L1的靠近物端的光学面一侧还设置有光阑（图未示），用于扩大镜头的视场角。本实施例中，成像镜头的视场角达到76度以上。

更具体的，第一正透镜L1的物侧光学面和像侧光学面均为凸面，呈双凸面结构，平分光焦度，进一步提高成像镜头的耐公差特性。第二负透镜L2的像侧光学面为凹面。第三正透镜L3的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面。第四负透镜L4的物侧光学面近光轴处为凸面且在轴外（也即第四负透镜的光轴外侧）有反转弯曲（也即反转为凹面），像侧光学面为近光轴处为凹面且在轴外有反向弯曲（也即反转为凸面）。在本实施方式中，优先选择的是第一正透镜L1、第二负透镜L2、第三正透镜L3和第四负透镜L4均为非球面树脂透镜。

表1列出了本实施例中耐公差成像镜头的系统结构参数，表面序号从物侧到像侧编起，编号为9和10的是图1中标号为11的红外镜头的表面。其中，第一正透镜L1、第三正透镜L3、第四负透镜L4的折射率均小于或者等于1.60，阿贝数值（Abbe, 也叫V-数）大于或者等于50。第二负透镜L2的折射率大于或者等于1.60，阿贝数值小于或等于30。其中，第三正透镜L3和第四负透镜L4的阿贝数值大于50，可以有效地减少第一正透镜L1和第二负透镜L2引入的色差，而第二负透镜L2的折射率高，阿贝数低，可以起到消色差的作用，从而很好地控制成像镜头的色差。

为了提高耐公差成像镜头的性能，本实施例中，耐公差成像镜头还满足以下条件：

；其中V1是第一正透镜L1的阿贝数值，V2是第二负透镜l2的阿贝数值，从而有效地平衡光学系统的横向色差和垂轴色差。

其中，所述的成像镜头第一正透镜L1和第三正透镜L3选用同一款塑胶材料，降低的生产加工成本。

为了使耐公差成像镜头更加轻薄化，限制镜头的总长，提升镜头周边解像力和照度，成像镜头还需要满足以下条件：

其中f是耐公差成像镜头的总焦距，f1是第一正透镜L1的焦距，f2是第二负透镜L2的焦距，f3是第三正透镜L3的焦距，f4是第四负透镜L4的焦距。

此外，第一正透镜L1与耐公差成像镜头的像面（图1中12为图像传感器表面，11为红外镜头）之间距离TTL与耐公差成像镜头的像面的直径D的比值应小于1.2，也即TTL/D<1.2。且，TTL/f<1.3，也即第一正透镜L1与耐公差成像镜头的像面之间距离TTL与耐公差成像镜头的总焦距f的比值小于1.3。

进一步的，第一正透镜L1与第二负透镜L2在光轴上的间距大于或等于0.025毫米，有利于镜头的组装。耐公差成像镜头的光圈值F大于1.5并小于2.4（也即1.5<F< 2.4）可使得镜头的相对照度提高到40%以上，如图6所示。

为了更好地理解本发明，在使用光学设计软件（本实施例中采用Zemax软件）进行设计时，将成像镜头的畸变和场曲都进行了有效地控制，如图3所示，成像镜头的畸变值控制在1%以内，场曲值控制在0.05mm以内。同时对成像镜头的Ray-Fan 图进行优化，并检测成像镜头的Ray-Fan图，如图5所示，通过对的Ray Fan图可以看到强制优化后的成像镜头获得了良好的成像特性。

需要说明的是：为了进一步优化成像镜头的耐公差特性，第一正透镜L1的偏心允许量为3um，第二负透镜L2的偏心允许量为5um，第三正透镜L3的偏心允许量为4um，第四负透镜L4的偏心允许量为5um，与现有技术的成像镜头中各个透镜的偏心允许量相比，本发明成像镜头中各个透镜的偏心允许量可以极好的配合现有加工能力，很好地提高良率。

综上，本发明提供了一款耐公差性、低成本和高照度的成像镜头，在实际生产中有利于镜头组装，有利于加工制造。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (6)

1.一种耐公差成像镜头，其包括沿所述成像镜头的光轴从物端到像端依次设置的：

具有第一折射率的第一正透镜；

具有第二折射率的第二负透镜；

具有第三折射率的第三正透镜；以及

具有第四折射率的第四负透镜；

其特征在于：所述第一折射率、第三折射率和第四折射率均小于第二折射率；其中，所述第一折射率与第三折射率相同；

所述的耐公差成像镜头的视场角大于76度，光圈值大于1.5并小于2.4，且包括光阑；所述光阑位于所述第一正透镜物侧光学面处；

所述第一正透镜的物侧面与耐公差成像镜头的像面之间距离与耐公差成像镜头的像面的直径的比值应小于1.2，且第一正透镜与耐公差成像镜头的像面之间距离与耐公差成像镜头的总焦距的比值小于1.3；

第一正透镜与第二负透镜在光轴上的间距大于或等于0.025毫米；且

定义f为耐公差成像镜头的总焦距，f1为第一正透镜的焦距，f2是第二负透镜的焦距，f3是第三正透镜的焦距，f4是第四负透镜的焦距，0.5<f1/f<0.9，-1.3<f2/f<-1.0，0.4<f3/f<0.8，-0.8<f4/f<-0.4。

2.根据权利要求1所述的耐公差成像镜头，其特征在于，所述第一正透镜的物侧光学面和像侧光学面均为凸面；所述第二负透镜的像侧光学面为凹面；所述第三正透镜的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面；所述第四负透镜的物侧光学面为近光轴处为凸面且在轴外有反向弯曲，像侧光学面为近光轴处为凹面且在轴外有反向弯曲。

3.根据权利要求2所述的耐公差成像镜头，其特征在于，所述第一正透镜、第三正透镜和第四负透镜的折射率均小于或者等于1.60，阿贝数值大于或者等于50；所述第二负透镜的折射率为大于或者等于1.60，阿贝数值小于或者等于30。

4.根据权利要求3所述的耐公差成像镜头，其特征在于，所述第二负透镜与第一正透镜的阿贝数值的差值大于20并小于40。

5.根据权利要求4所述的耐公差成像镜头，其特征在于，所述第一正透镜和第三正透镜为材质相同的塑胶材料。

6.根据权利要求5所述的耐公差成像镜头，其特征在于，所述第一正透镜、第二负透镜、第三正透镜和第四负透镜均为非球面树脂透镜。

Images