CN106569318B - 一种光学成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学成像镜头，包括沿所述光学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、以及位于所述第一正透镜物端表面处的光阑。所述第一折射率和第三折射率均小于第二折射率，且第三正透镜的物侧光学面近光轴处为凸面且在轴外有反转弯曲，像侧光学面为近光轴处为凹面且在轴外有反向弯曲；所述光学成像镜头的视场角等于或大于80度。本发明的光学成像镜头在具有较大视场角的前提下，有效地降低了光学成像镜头的各种像差，有效地控制了光学成像镜头的畸变，且光学总长短。

Description

一种光学成像镜头
技术领域
本发明涉及光学成像镜头，特别是涉及一种紧凑型、大视角、低畸变的光学成像镜头。
背景技术
近年来，光学成像镜头在数码产品、移动设备上应用越来越多。随着电子产品向轻薄短小的外形结构上发展，光学成像镜头也要求其有良好的成像质量的同时具有更小尺寸、更大的视场角。视场角的扩大必然会导致外视场的畸变变差，故如何控制好光学镜头的畸变也是关键。近几年三片式透镜结构的光学系统已出现很多，但其视场角较小。例如申请号为201420256342.5，申请日为2014年5月20日的中国实用新型专利公开（公开日期为2014-11-26）了一种光学成像镜头，该光学成像镜头的光学总长TTL>3.0mm，其镜头视场角只有60度，视场角过短。又例如申请号为201510388767.0，申请日为2015年7月6日的中国发明专利申请公开（公开日期2015-11-25）了一种光学成像镜头，其镜头视场角也小于80度，光学总长TTL>3.8mm，镜头过厚。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较大视场角但镜头畸变低、光学总长短的光学成像镜头。
一种光学成像镜头，包括沿所述光学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、以及位于所述第一正透镜物端表面处的光阑。所述第一折射率和第三折射率均小于第二折射率，且第三正透镜的物侧光学面近光轴处为凸面且在轴外有反转弯曲，像侧光学面为近光轴处为凹面且在轴外有反向弯曲；所述光学成像镜头的视场角等于或大于80度。
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；所述第二负透镜的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面。
优选的，所述第一正透镜、第二负透镜和第三正透镜均为非球面树脂透镜。
优选的，所述第一正透镜和第三正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40；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40。
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。
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-1.0<f2/f<-0.6，1.2<f3/f<1.6。
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0.9。
优选的，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1.5。
优选的，所述光学成像镜头的光圈值大于1.5并小于2.4。
本发明的光学成像镜头具有“正透镜-负透镜-正透镜”的三片式透镜组合结构，以及“低折射率-高折射率-低折射率”的折射率组合，在具有较大视场角的前提下，有效地降低了光学成像镜头的各种像差，有效地控制了光学成像镜头的畸变，且光学总长短。
附图说明
图1为本发明一实施例的光学成像镜头的结构示意图。
图2为图1中光学成像镜头拍摄时经过各透镜的入射光线的光路图。
图3为本发明一实施例的光学成像镜头的场曲及畸变测试图。
图4为本发明一实施例的光学成像镜头的横向色像差及纵向色像差的测试图。
图5为本发明一实施例的光学成像镜头的不同视场的Ray Fan图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及附图对本发明光学成像镜头作进一步详细描述。
如图1所示，一较佳实施例中，本发明的光学成像镜头为三片式光学成像镜头，包括沿光学成像镜头的光轴从物端到像端依次设置的光阑ST、第一正透镜L1、第二负透镜L2和第三正透镜L3。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。其中，第一折射率和第三折射率均小于第二折射率，且第三正透镜L3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）。
入射至光学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，最终经过低折射率的第三正透镜L3。低折射率的第一正透镜L1使光学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，且低折射率的第三正透镜L3弯月形的结构可以扩大视场角，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。光阑ST前置至第一正透镜L1靠近物端的面，也用于扩大镜头的视场角。本实施例中，手机镜头的视场角达到80度以上。
从而，该“光阑-正透镜-负透镜-正透镜”的三片式透镜组合结构以及“低折射率-高折射率-低折射率”的折射率组合，能有效扩大镜头的视场角，也有效地降低光学成像镜头的各种像差，有效地控制了光学成像镜头的畸变，如图2、图3和图4所示。
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，进一步提高光学成像镜头的耐公差特性。第二负透镜L2的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面。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和第三正透镜L3均为非球面树脂透镜。
表1列出了本实施例中光学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和第三正透镜L3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40。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40。其中，第一正透镜L1和第三正透镜L3和的阿贝数值大于40，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，从而很好地控制光学成像镜头的色差。
Figure 238339DEST_PATH_IMAGE002
为了提高光学成像镜头的性能，本实施例中，光学成像镜头还满足以下条件：20<V1-V2<40；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。
为了使光学成像镜头更加轻薄化，限制镜头的总长，同时校正系统的像差，光学成像镜头还需要满足以下条件：
-1.0<f2/f<-0.6 ；
1.2<f3/f<1.6。
其中f是光学成像镜头的总焦距，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。
此外，第一正透镜L1与光学成像镜头的像面（图1中12为图像传感器表面，11为红外镜头）之间距离TTL与光学成像镜头的像面的直径D的比值应小于0.9，也即TTL/D<0.9。且，TTL/f<1.5，也即第一正透镜L1与光学成像镜头的像面之间距离TTL与光学成像镜头的总焦距f的比值小于1.5。
进一步的，光学成像镜头的光圈值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得到有效控制。
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，将光学成像镜头的畸变和场曲都进行了有效地控制，如图3所示，光学成像镜头的畸变值控制在1.5%以内，场曲值控制在±0.05mm以内。同时对光学成像镜头的Ray-Fan 图进行优化，并检测光学成像镜头的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光学成像镜头获得了良好的成像特性。
综上，本发明提供了一款大视场角、低畸变和紧凑型的光学成像镜头，可以应用于搭载固体感光元件的终端上，尤其是在现代智能手机轻薄化的发展趋势下，对此款小尺寸成像镜头作为手机前置拍照的需求量将会持续增加。
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)

1.一种光学成像镜头，其包括沿所述光学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
位于所述第一正透镜物端表面处的光阑；
其特征在于，所述第一折射率和第三折射率均小于第二折射率，且第三正透镜的物侧光学面近光轴处为凸面且在轴外有反转弯曲，像侧光学面为近光轴处为凹面且在轴外有反向弯曲；所述光学成像镜头的视场角等于或大于80度；
所述第一正透镜的物侧光学面和像侧光学面均为凸面；所述第二负透镜的物侧光学面为凹面，像侧光学面为凸面；
所述第一正透镜和第三正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40；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40；
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-1.0<f2/f<-0.6，1.2<f3/f<1.6。
2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第一正透镜、第二负透镜和第三正透镜均为非球面树脂透镜。
3.根据权利要求1所述的光学成像镜头，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。
4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，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0.9。
5.根据权利要求4所述的光学成像镜头，其特征在于，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1.5。
6.根据权利要求5所述的光学成像镜头，其特征在于，光圈值大于1.5并小于2.4。
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