CN108107553B - 一种光学成像镜头以及摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学成像镜头，用来适配于各电子装置中，借由本发明所提出的五镜片式光学成像镜头的各镜片的面形结构与光学参数的最佳化范围之组合，可在维持高成像品质的情况下有效地缩短系统长度并提升镜头视角，以提供需配备有高阶成像品质的小型可携式装置使用。另外，本发明还提供了一种具备本发明的五镜片式光学成像镜头的摄像装置，同样具有小型且高性能的效果。

Description

一种光学成像镜头以及摄像装置

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种光学成像镜头以及摄像装置。

背景技术

随着近来科技尤其是电子技术的飞速发展，移动轻便型电子装置得到了迅速的普及。电子装置的普及使得其所包含的光学成像镜头、各类传感器等模块得到了蓬勃的发展。与此同时，成像模块的应用得到了越来越广泛的应用，如现在高度普及的智能手机、平板电脑、行车记录仪、运动相机等。在给生活带来极大便利的同时，人们对移动电子设备终端的要求也越来越高，不断追求更加便捷高效以及优质的移动体验，这就要求移动终端更加轻薄化、便携化。在一些特定场景中还要求具有较大的视场角，如前置自拍、游戏机等，传统的轻薄型广角光学成像镜头多采用四片式透镜结构，但在智能手机、平板电脑等高规格移动终端盛行的时代，人们追求更高画质的像质量以有更好的用户体验。

传统的四片式透镜结构在屈折力分配、像差像散矫正、敏感度分配等方面具有局限性，无法进一步满足更高规格的成像需求。就五片式透镜结构的设计而论，该技术在设计光学取像镜头技术领域，能够针对各种不同光学目的而产生不同的变化或组合，因其使用透镜形状、组合、作用或功效不同，具有设计的多样性，能够提供更好的成像质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学成像镜头以及摄像装置，以解决现有四片式透镜结构组成的成像镜头无法满足更高成像需求的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光学成像镜头，包括五个具有屈折力的透镜，由物侧到像侧依次为：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜；每个透镜均具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面；

所述第一透镜具有正屈折力，像侧面为凹面；

所述第二透镜具有负屈折力，物侧面在近轴及离轴处均为凸面，像侧面为凹面；

所述第三透镜具有屈折力；

所述第四透镜具有屈折力，物侧面为凹面；

所述第五透镜具有负屈折力，物侧面于近光轴处为凹面，像侧面于近光轴处为凹面，且像侧面在离轴处具有至少一反曲点，物侧面和像侧面皆为非球面；

所述第一透镜物侧面的光学有效径大于所述第二透镜物侧面的光学有效径；且各个透镜满足：0.1<R11/R12<0.4；-2<R31/R32<0；R31>0；-3<R51/R52<0；其中，R11为所述第一透镜物侧面的曲率半径；R12为所述第一透镜像侧面的曲率半径；R31为所述第三透镜物侧面的曲率半径；R32为所述第三透镜像侧面的曲率半径；R51为所述第五透镜物侧面的曲率半径；R52为所述第五透镜像侧面的曲率半径。

可选地，所述第三透镜的焦距满足：3<f3/f<7，其中，f为光学成像镜头的焦距；f3为所述第三透镜的焦距。

可选地，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜满足：0.8<(CT3+CT4+CT5)/(T34+T45)<1.4；其中，CT3为所述第三透镜的镜片在光轴上的中心厚度、CT4为所述第四透镜的镜片在光轴上的中心厚度、CT5为所述第五透镜的镜片在光轴上的中心厚度、T34为所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的空气间距、T45为所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的空气间距。

可选地，所述第一透镜到所述第三透镜的组合焦距、所述第一透镜到所述第四透镜的组合焦距满足：1<f13/f14<2，其中，f13为所述第一透镜到所述第三透镜的组合焦距，f14为所述第一透镜到所述第四透镜的组合焦距。

可选地，所述第三透镜在光轴上的中心厚度以及所述第四透镜在光轴上的中心厚度满足：0.8<CT4/CT3<1.8，其中，CT3为所述第三透镜在光轴上的中心厚度，CT4为所述第四透镜在光轴上的中心厚度。

可选地，所述第四透镜的焦距以及所述第五透镜的焦距满足0.1<(f4+f5)/(f4-f5)<0.3，其中，f4为所述第四透镜的焦距，f5为所述第五透镜的焦距。

可选地，光学成像镜头的总长满足：0.8<f/TTL<1.0，其中，f为所述光学成像镜头的焦距，TTL为所述光学成像镜头的总长。

可选地，还包括：

位于所述第五透镜以及像平面之间的玻璃滤光片；

所述玻璃滤光片为红外滤光片。

本发明还提供了一种摄像装置，其特征在于，包括上述任一种所述的光学成像镜头。

本发明所提供的光学成像镜头，用来适配于各电子装置中，借由本发明所提出的五镜片式光学成像镜头的各镜片的面形结构与光学参数的最佳化范围之组合，可在维持高成像品质的情况下有效地缩短系统长度并提升镜头视角，以提供需配备有高阶成像品质的小型可携式装置使用。另外，本发明还提供了一种具备本发明的五镜片式光学成像镜头的摄像装置，同样具有小型且高性能的效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的光学成像镜头的实施例一对应的结构示意图；

图2为本发明所提供的实施例一中光学成像镜头对应的像散曲线示意图；

图3为本发明所提供的实施例一中光学成像镜头对应的畸变曲线示意图；

图4为本发明所提供的实施例一中光学成像镜头对应的球差曲线示意图；

图5为本发明所提供的光学成像镜头的实施例二对应的结构示意图；

图6为本发明所提供的实施例二中光学成像镜头对应的像散曲线示意图；

图7为本发明所提供的实施例二中光学成像镜头对应的畸变曲线示意图；

图8为本发明所提供的实施例二中光学成像镜头对应的球差曲线示意图；

图9为本发明所提供的光学成像镜头的实施例三对应的结构示意图；

图10为本发明所提供的实施例三中光学成像镜头对应的像散曲线示意图；

图11为本发明所提供的实施例三中光学成像镜头对应的畸变曲线示意图；

图12为本发明所提供的实施例三中光学成像镜头对应的球差曲线示意图；

图13为本发明所提供的光学成像镜头的实施例四对应的结构示意图；

图14为本发明所提供的实施例四中光学成像镜头对应的像散曲线示意图；

图15为本发明所提供的实施例四中光学成像镜头对应的畸变曲线示意图；

图16为本发明所提供的实施例四中光学成像镜头对应的球差曲线示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明所提供的光学成像镜头的结构示意图如图1所示，该光学成像镜头包括五个具有屈折力的透镜，由物侧到像侧依次为：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以及像平面7；每个透镜均具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面；

所述第一透镜1具有正屈折力，像侧面为凹面；第一透镜的设置有助于修正成像光学系统的像散。

所述第二透镜2具有负屈折力，物侧面在近轴及离轴处均为凸面，像侧面为凹面；第二透镜该弯月状的设置有助于平衡焦距的配置，较好的矫正第一透镜中产生的球面像差及色像差。

所述第三透镜3具有屈折力，物侧面和像侧面皆为非球面；

所述第四透镜4具有屈折力，物侧面为凹面；

所述第五透镜5具有负屈折力，物侧面于近光轴处为凹面，像侧面于近光轴处为凹面，且像侧面在离轴处具有至少一反曲点；第五透镜可使成像光学系统的主点(PrincipalPoint)远离成像面，有利于缩短其后焦距以维持小型化，并可有效修正离轴视场像差。

第一透镜1物侧面的光学有效径大于第二透镜2物侧面的光学有效径；且各个透镜满足：0.1<R11/R12<0.4；-2<R31/R32<0；R31>0；-3<R51/R52<0；其中，R11为所述第一透镜1物侧面的曲率半径；R12为第一透镜1像侧面的曲率半径；R31为所述第三透镜3物侧面的曲率半径；R32为所述第三透镜3像侧面的曲率半径；R51为所述第五透镜5物侧面的曲率半径；R52为所述第五透镜5像侧面的曲率半径。通过适当的调节第一、第三、第五透镜表面的曲率半径，能够有助于修正系统的像差。

需要指出的是，通过选择合理的材料及屈折力搭配，当满足特定的条件时，整个光学具备较佳的光线汇聚能力，在满足大视场角的同时，能够有效的降低摄像镜头系统组的总长度，达到轻薄化的目的。

其中，对各个透镜的参数可进一步满足如下条件：

所述第三透镜3的焦距满足：3<f3/f<7，其中，f为光学成像镜头的焦距；f3为所述第三透镜3的焦距。满足此关系式可合理调整第三透镜的焦距比重，能够降低系统的敏感度。

所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述第五透镜5满足：0.8<(CT3+CT4+CT5)/(T34+T45)<1.4；其中，CT3为所述第三透镜3的镜片在光轴上的中心厚度、CT4为所述第四透镜4的镜片在光轴上的中心厚度、CT5为所述第五透镜5的镜片在光轴上的中心厚度、T34为所述第三透镜3与所述第四透镜4在光轴上的空气间距、T45为所述第四透镜4与所述第五透镜5在光轴上的空气间距。满足此关系式可合理控制镜片中厚与空气间隙的比值，使系统结构更加紧凑，使各镜片厚度满足较佳的成型条件。

所述第一透镜1到所述第三透镜3的组合焦距、所述第一透镜1到所述第四透镜4的组合焦距满足：1<f13/f14<2，其中，f13为所述第一透镜1到所述第三透镜3的组合焦距，f14为所述第一透镜1到所述第四透镜4的组合焦距。

所述第三透镜3在光轴上的中心厚度以及所述第四透镜4在光轴上的中心厚度满足：0.8<CT4/CT3<1.8，其中，CT3为所述第三透镜3在光轴上的中心厚度，CT4为所述第四透镜4在光轴上的中心厚度。通过该条件的限制可以使镜片达到较佳的成型条件。

所述第四透镜4的焦距以及所述第五透镜5的焦距满足0.1<(f4+f5)/(f4-f5)<0.3，其中，f4为所述第四透镜4的焦距，f5为所述第五透镜5的焦距。

光学成像镜头的总长满足：0.8<f/TTL<1.0，其中，f为所述光学成像镜头的焦距，TTL为所述光学成像镜头的总长。满足上述条件可控制镜头的焦距与总长的比值，利于缩短镜头总长。

进一步地，本发明所提供的光学成像镜头还可以包括：位于所述第五透镜以及所述像平面之间的玻璃滤光片6。采用玻璃滤光片可以起到不影响焦距的效果。所述玻璃滤光片6为红外滤光片。

需要指出的是，上述各透镜均为非球面镜，各个非球面的曲线方程式表示如下：

其中，X为非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上交点切面的相对距离；

Y为非球面曲线上的点与光轴的垂直距离；

R为曲率半径；

k为锥面系数；

Ai为第i阶非球面系数。

下面通过四个具体实施例对本发明所提供的光学成像镜头进行进一步详细阐述。

实施例一

图1为本发明所提供的光学成像镜头的实施例一对应的结构示意图。本发明所提供的光学成像镜头的实施例一中，各个镜头的参数如表1-3所示，图中各长度计量单位均为mm(下同)。其中，用0表示被摄物，用1表示光圈，用2表示第一透镜的物侧面，用3表示第一透镜的像侧面，用4表示第二透镜的物侧面，用5表示第二透镜的像侧面，用6表面第三透镜的物侧面，用7表示第三透镜的像侧面，用8表示第四透镜的物侧面，用9表示第四透镜的像侧面，用10表示第五透镜的物侧面，用11表示第五透镜的像侧面，用14表示红外滤光片的物侧面，用15表示红外滤光片的像侧面，用16表示成像面。以下实施例中均按照此方式表示，不再赘述。

表1

表2

表3

图2-4为本发明所提供的光学成像镜头的实施例一的成像质量示意图。其中，图2为本发明所提供的实施例一中光学成像镜头对应的像散曲线示意图，图3为本发明所提供的实施例一中光学成像镜头对应的畸变曲线示意图，图4为本发明所提供的实施例一中光学成像镜头对应的球差曲线示意图。由像散曲线、球差曲线可以判断透镜系统成像的质量，如球差曲线可以看出实施例一全波段的球差整体小于0.03，主波长球差更小。由图可以看出，本发明所提供的光学成像镜头的成像质量明显较好。

实施例二

图5为本发明所提供的光学成像镜头的实施例二对应的结构示意图。本发明所提供的光学成像镜头的实施例二中，各个镜头的参数如表4-6所示。

表4

表5

表6

图6-8为本发明所提供的光学成像镜头的实施例二的成像质量示意图，其中图6为本发明所提供的实施例二中光学成像镜头对应的像散曲线示意图，图7为本发明所提供的实施例二中光学成像镜头对应的畸变曲线示意图，图8为本发明所提供的实施例二中光学成像镜头对应的球差曲线示意图。

实施例三

图9为本发明所提供的光学成像镜头的实施例三对应的结构示意图。本发明所提供的光学成像镜头的实施例三中，各个镜头的参数如表7-9所示。

表7

表8

表9

图10-12为本发明所提供的光学成像镜头的实施例三的成像质量示意图，其中图10为本发明所提供的实施例三中光学成像镜头对应的像散曲线示意图，图11为本发明所提供的实施例三中光学成像镜头对应的畸变曲线示意图，图12为本发明所提供的实施例三中光学成像镜头对应的球差曲线示意图。

实施例四

图13为本发明所提供的光学成像镜头的实施例四对应的结构示意图。本发明所提供的光学成像镜头的实施例四中，各个镜头的参数如表10-12所示。

表10

表11

表12

图14-16为本发明所提供的光学成像镜头的实施例四的成像质量示意图，其中图14为本发明所提供的实施例四中光学成像镜头对应的像散曲线示意图，图15为本发明所提供的实施例四中光学成像镜头对应的畸变曲线示意图，图16为本发明所提供的实施例四中光学成像镜头对应的球差曲线示意图。

本发明所提供的光学成像镜头F.NO＝2.3，具有大光圈优点，大光圈保证了充足的进光量，能有效提升感光度，保证较佳成像质量。

本发明实施例采用五片非球面镜片的结构，采用合适的面型，更高阶的非球面系数，能够有效矫正场曲、象散、倍率色差等各类像差。同时具有较优的薄厚比，较好的敏感度，提高制程良率，缩小生产成本。

此外，本发明实施例还可以采用塑胶材料，利用塑胶材料具有精密模压的特点，实现批量生产，这样可以大幅度降低光学元件的加工成本，进而使得光学系统的成本大幅度下降便于大范围推广。

此外，本发明还提供了一种具有上述任一种光学成像镜头的摄像装置，同样具有小型且高性能的效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的光学成像镜头以及摄像装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光学成像镜头，其特征在于，包括五个具有屈折力的透镜，由物侧到像侧依次为：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜；每个透镜均具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面；

所述第一透镜具有正屈折力，像侧面为凹面；

所述第二透镜具有负屈折力，物侧面在近轴及离轴处均为凸面，像侧面为凹面；

所述第三透镜具有屈折力；

所述第四透镜具有屈折力，物侧面为凹面；

所述第五透镜具有负屈折力，物侧面于近光轴处为凹面，像侧面于近光轴处为凹面，且像侧面在离轴处具有至少一反曲点，物侧面和像侧面皆为非球面；

所述第一透镜物侧面的光学有效径大于所述第二透镜物侧面的光学有效径；且各个透镜满足：0.1<R11/R12<0.4；-2<R31/R32<0；R31>0；-3<R51/R52<0；其中，R11为所述第一透镜物侧面的曲率半径；R12为所述第一透镜像侧面的曲率半径；R31为所述第三透镜物侧面的曲率半径；R32为所述第三透镜像侧面的曲率半径；R51为所述第五透镜物侧面的曲率半径；R52为所述第五透镜像侧面的曲率半径；

所述第三透镜的焦距满足：3<f3/f<7，其中，f为光学成像镜头的焦距；f3为所述第三透镜的焦距。

2.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜满足：0.8<(CT3+CT4+CT5)/(T34+T45)<1.4；其中，CT3为所述第三透镜的镜片在光轴上的中心厚度、CT4为所述第四透镜的镜片在光轴上的中心厚度、CT5为所述第五透镜的镜片在光轴上的中心厚度、T34为所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的空气间距、T45为所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的空气间距。

3.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第一透镜到所述第三透镜的组合焦距、所述第一透镜到所述第四透镜的组合焦距满足：1<f13/f14<2，其中，f13为所述第一透镜到所述第三透镜的组合焦距，f14为所述第一透镜到所述第四透镜的组合焦距。

4.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第三透镜在光轴上的中心厚度以及所述第四透镜在光轴上的中心厚度满足：0.8<CT4/CT3<1.8，其中，CT3为所述第三透镜在光轴上的中心厚度，CT4为所述第四透镜在光轴上的中心厚度。

5.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第四透镜的焦距以及所述第五透镜的焦距满足0.1<(f4+f5)/(f4-f5)<0.3，其中，f4为所述第四透镜的焦距，f5为所述第五透镜的焦距。

6.如权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，光学成像镜头的总长满足：0.8<f/TTL<1.0，其中，f为所述光学成像镜头的焦距，TTL为所述光学成像镜头的总长。

7.如权利要求1至6任一项所述的光学成像镜头，其特征在于，还包括：

位于所述第五透镜以及像平面之间的玻璃滤光片；

所述玻璃滤光片为红外滤光片。

8.一种摄像装置，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的光学成像镜头。

Images