CN108152936A - 镜头和成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜头和成像装置。镜头由物侧至像侧依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。第一透镜具有正的屈光度且物侧面为凸面。第二透镜具有负的屈光度且物侧面为凸面，像侧面为凹面。第三透镜具有负的屈光度且像侧面为凹面。第四透镜具有正的屈光度且物侧面为凸面，像侧面为凸面。第五透镜具有负的屈光度且物侧面为凹面，像侧面为凸面。镜头满足下列条件式：0.75≤TTL/F≤1.25；其中，TTL为镜头的总长，F为镜头的有效焦距。本发明实施方式的镜头和成像装置中，镜头具有较长的有效焦距的同时可以提供较窄视野、形成较大目标图像，在镜头小型化的情况下获得良好的图像品质，满足用户更多需求。

Description

镜头和成像装置

技术领域

本发明涉及光学成像技术，特别涉及一种镜头和成像装置。

背景技术

相关技术的成像装置中，对于高分辨率、小型化特性的需求日益提升，小型成像装置需要使用像素尺寸小的图像传感器以及小巧型的镜头。常见的成像装置中，镜头的有效焦距短，可以达到广角的效果，此时镜头的有效焦距将会小于镜头总长度，呈现视野较大而目标图像较小的现象，无法满足用户更多的需求。

发明内容

本发明实施方式提供了一种镜头和成像装置。

本发明实施方式的一种镜头由物侧至像侧依次包括：

第一透镜，具有正的屈光度且物侧面为凸面；

第二透镜，具有负的屈光度且物侧面为凸面，像侧面为凹面；

第三透镜，具有负的屈光度且像侧面为凹面；

第四透镜，具有正的屈光度且物侧面为凸面，像侧面为凸面；和

第五透镜，具有负的屈光度且物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述镜头满足下列条件式：

0.75≤TTL/F≤1.25；

其中，TTL为所述镜头的总长，F为所述镜头的有效焦距。

本发明实施方式的第一透镜具有正的屈光度，能够提供镜头所需的部分屈光度，可以将光线汇聚到镜头，有助于缩短整个镜头的总长度，以促进镜头的小型化。第二透镜具有负的屈光度，可有效对第一透镜产生的像差做补正并有利于修正镜头的色差。第三透镜具有负的屈光度，具有光线扩散作用。第四透镜具有正的屈光度，可以进一步修正进入镜头的不同波长的光线的色差，提高成像质量。第五透镜具有负的屈光度，用于将光线发散。如此，TTL/F为镜头的远摄比率，满足上述条件的镜头具有较长的有效焦距的同时可以提供较窄视野、形成较大目标图像，在镜头小型化的情况下获得良好的图像品质。

在某些实施方式中，所述镜头包括孔径光阑，所述孔径光阑设置在所述第一透镜的物侧、所述第一透镜和所述第二透镜之间或所述第二透镜的像侧。如此，通过孔径光阑的设置，能够给镜头提供所需要的光线及相应的通光量。

在某些实施方式中，所述孔径光阑设置在所述第一透镜的物侧面，所述第三透镜的物侧面为凹面或凸面。如此，孔径光阑设置在第一透镜的物侧面可以给镜头提供需要的光线及相应的通光量，第三透镜的物侧面为凹或凸的非球面，可以实现光线扩散。

在某些实施方式中，所述孔径光阑设置在所述第二透镜的物侧面，所述第三透镜的物侧面为凸面。如此，孔径光阑设置在第二透镜的物侧面可以给镜头提供需要的光线及相应的通光量，第三透镜的物侧面为凸的非球面，同样可以实现光线扩散。

在某些实施方式中，所述镜头满足下列条件式：2≤FNO≤10；其中，FNO为所述镜头的焦比。如此，焦比满足上述条件时，镜头可以实现小尺寸设计的同时，使得镜头成像具有良好的分辨率。

在某些实施方式中，所述镜头满足下列条件式：f5/F≤-0.8；其中，f5为所述第五透镜的焦距。如此，第五透镜满足上述条件式，使得镜头可以通过更小尺寸的第五透镜实现较长的有效焦距，且可以达到提供较窄视野、形成较大目标图像的效果，满足用户更多需求。同时，有利于维持镜头的小型化，以适用于轻薄便携式的电子产品上。

在某些实施方式中，所述镜头满足下列条件式：0.15≤f1/F≤0.75；其中，f1为所述第一透镜的焦距。如此，第一透镜焦距满足上述条件时，有利于第一透镜将光线汇聚到镜头，提高像平面成像的清晰度。

在某些实施方式中，所述镜头满足下列条件式：-1.5≤f2/F＜0；其中，f2为所述第二透镜的焦距。如此，第二透镜焦距满足上述条件时，第二透镜可以有效地补正第一透镜产生的像差并修正镜头的色差，有利于提高成像质量。

在某些实施方式中，所述镜头满足下列条件式：0.1≤f4/F≤1.0；其中，f4为所述第四透镜的焦距。如此，第四透镜焦距满足上述条件时，第四透镜可以进一步地修正进入镜头的不同波长的光线的色差，有利于提高成像质量。

本发明实施方式的一种成像装置包括上述任一实施方式的镜头。

本发明实施方式的镜头可以应用于本发明实施方式的成像装置，其中，镜头可以实现较长的有效焦距，且可以达到提供较窄视野、形成较大目标图像的效果，可以满足用户更多的需求。同时，镜头小型化有利于优化成像装置的空间设置。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例一镜头的结构示意图；

图2A-2J是本发明实施例一的镜头的像差图；

图3是本发明实施例二的镜头的结构示意图；

图4A-4J是本发明实施例二的镜头的像差图；

图5是本发明实施例三的镜头的结构示意图；

图6A-6J是本发明实施例三的镜头的像差图；

图7是本发明实施例四的镜头的结构示意图；

图8A-8J是本发明实施例四的镜头的像差图；和

图9是发明实施方式的成像装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

成像装置100、镜头10、第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、孔径光阑16、红外截止滤光片17、像平面18、图像传感器20；

第一透镜的物侧面S1、第一透镜的像侧面S2、第二透镜的物侧面S3、第二透镜的像侧面S4、第三透镜的物侧面S5、第三透镜的像侧面S6、第四透镜的物侧面S7、第四透镜的像侧面S8、第五透镜的物侧面S9、第五透镜的像侧面S10、红外截止滤光片的物侧面S11、红外截止滤光片的像侧面S12、成像平面S13。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1，本发明实施方式的一种镜头10由物侧至像侧依次包括第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14和第五透镜15。第一透镜11具有正的屈光度且物侧面S1为凸面。第二透镜12具有负的屈光度且物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面。第三透镜13具有负的屈光度且像侧面S6为凹面。第四透镜14具有正的屈光度且物侧面S7为凸面，像侧面S8为凸面。第五透镜15具有负的屈光度且物侧面S9为凹面，像侧面S10为凸面。镜头10满足下列条件式：0.75≤TTL/F≤1.25；其中，TTL(Total Track Length)为镜头10的总长，F为镜头10的有效焦距。

本发明实施方式的第一透镜11具有正的屈光度，能够提供镜头10所需的部分屈光度，可以将光线汇聚到镜头10，有助于缩短整个镜头10的总长度，以促进镜头10的小型化。第二透镜12具有负的屈光度，可有效对第一透镜11产生的像差做补正并有利于修正镜头10的色差。第三透镜13具有负的屈光度，具有光线扩散作用。第四透镜14具有正的屈光度，可以进一步修正进入镜头10的不同波长的光线的色差，提高成像质量。第五透镜15具有负的屈光度，用于将光线发散。其中，镜头10的总长与焦距的比率(TTL/F)是摄远比率(telephoto ratio)，满足上述条件的镜头10具有较长的有效焦距的同时可以提供较窄视野、形成较大目标图像，在镜头10小型化的情况下获得良好的图像品质。

具体的，第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面，即第四透镜满足下列条件式：R7/R8＜0，其中，R7为第四透镜的物侧面的曲率半径，R8为第四透镜像侧面的曲率半径。

在某些实施方式中，镜头10满足下列条件式：f5/F≤-0.8；其中，f5为第五透镜15的焦距。

如此，第五透镜15满足上述条件式，使得镜头10可以通过更小尺寸的第五透镜15实现较长的有效焦距，且可以达到提供较窄视野、形成较大目标图像的效果，满足用户更多需求。同时，有利于维持镜头10的小型化，以适用于轻薄便携式的电子产品上。

在某些实施方式中，镜头10满足下列条件式：1.1≤TTL/IMA≤3.1；其中，IMA为图像传感器的有效像素区域对角距离。

如此，有利于维持镜头10的小型化，以适用于轻薄便携式的电子产品上。

在某些实施方式中，各个透镜可以可由塑料材料构成。在一些实施例中，各个透镜可由注塑成型的塑料构成。当然，在其他实施方式中，各个透镜可以使用其他透明材料。

在某些实施方式中，不同的透镜可由具有不同光学特性(例如不同的阿贝数和/或不同的折射率)的材料构成。如此，镜头10可以通过具有不同光学特性的透镜配合实现光线聚焦、修正色差等，提高采集图像的质量。

在某些实施方式中，第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14和第五透镜15包括至少一非球面。

其中，各个透镜的非球面系数根据下列条件式决定：

其中，Z是非球面上任一点与表面顶点的纵向距离，r是非球面上任一点到光轴的距离，c是顶点曲率(曲率半径的倒数)，K是圆锥常数，A、B、C、D、E、F、G、H、I…是非球面系数。

在某些实施方式中，镜头10包括孔径光阑16。孔径光阑16设置在第一透镜11的物侧、第一透镜11和第二透镜12之间或第二透镜12的像侧。

如此，通过孔径光阑16的设置，能够给镜头10提供所需要的光线及相应的通光量。具体的，孔径光阑16设置在第一透镜11的物侧，包括孔径光阑16与第一透镜11间隔，或孔径光阑16设置在第一透镜11的物侧面S1。孔径光阑16设置在第一透镜11和第二透镜12之间，包括孔径光阑16设置在第一透镜11的像侧面S2，孔径光阑16与第一透镜11、第二透镜12间隔设置，或孔径光阑16设置在第二透镜12的物侧面S3。孔径光阑16设置在第二透镜12的像侧，包括孔径光阑16设置在第二透镜12像侧面S4，或孔径光阑16与第二透镜12间隔设置。

当然，在其他实施方式中，孔径光阑16可以设置在其他透镜之间。

在某些实施方式中，孔径光阑16可调节。如此，镜头10可在一定范围内改变通光量的大小，以调整合适的焦比采集需要的图像，提高成像质量。

请参阅图1和图3，在某些实施方式中，孔径光阑16设置在第一透镜11的物侧面S1。第三透镜13的物侧面S5为凹面或凸面。

如此，孔径光阑16设置在第一透镜11的物侧面S1可以给镜头10提供需要的光线及相应的通光量，第三透镜13的物侧面S5可为凹或凸的非球面，可以实现光线扩散。

请参阅图5和图7，在某些实施方式中，孔径光阑16设置在第二透镜12的物侧面S3。第三透镜13的物侧面S5为凸面。

如此，孔径光阑16设置在第二透镜12的物侧面S3可以给镜头10提供需要的光线及相应的通光量，第三透镜13的物侧面S5可为凸的非球面，同样可以实现光线扩散。

在某些实施方式中，镜头10满足下列条件式：2＜FNO＜10；其中，FNO为镜头10的焦比。

可以理解，焦比为镜头10的有效焦距(F)和有效孔径(D)的比值，即焦比由F/D定义。其中，镜头10的曝光量和有效孔径的平方成正比。如此，焦比满足上述条件时，镜头10可以实现小尺寸设计的同时，使得镜头10成像具有良好的分辨率。

在某些实施方式中，镜头10可以通过调节孔径光阑16改变镜头10有效孔径的大小以调节焦比大小。

在某些实施方式中，镜头10满足下列条件式：0.15≤f1/F≤0.75；其中，f1为第一透镜11的焦距。

如此，第一透镜11焦距满足上述条件时，有利于第一透镜11将光线汇聚到镜头10，提高像平面成像的清晰度。

在某些实施方式中，镜头10满足下列条件式：-1.5≤f2/F＜0；其中，f2为第二透镜12的焦距。

如此，第二透镜12焦距满足上述条件时，第二透镜12可以有效地补正第一透镜11产生的像差并修正镜头10的色差，有利于提高成像质量。

在某些实施方式中，镜头10满足下列条件式：0.1≤f4/F≤1.0；其中，f4为第四透镜14的焦距。

如此，第四透镜14焦距满足上述条件时，第四透镜14可以进一步地修正进入镜头10的不同波长的光线的色差，有利于提高成像质量。

在某些实施方式中，镜头10的视场角(Field Of View，FOV)范围为20°≤FOV≤30°。优选地，视场角为25°。当然，也可使得镜头10的视场角为20°、30°或20°-30°之间的任意数值。

在某些实施方式中，镜头10包括位于第五透镜15像侧的红外截止滤光片17。

如此，红外截止滤光片17可以滤除部分红外光线而可见光可以顺利通过，减少红外光的干扰，使得图像传感器20采集的图像信息还原度更高，更加贴近人眼的视觉效果。在一个例子中，红外截止滤光片17可由玻璃材料制成。当然，在其他实施方式中，红外截止滤光片17可以使用其他材料制成。

请参阅图9，本发明实施方式的一种成像装置100包括上述任一实施方式的镜头10。

本发明实施方式的镜头10可以应用于本发明实施方式的成像装置100，其中，镜头10可以实现较长的有效焦距，且可以达到提供较窄视野、形成较大目标图像的效果，可以满足用户更多的需求。同时，镜头10小型化可以优化成像装置100的空间设置，有利于成像装置100的轻薄化设计。

在某些实施方式中，成像装置100包括设置在镜头10像侧的图像传感器20。镜头10的像平面可为图像传感器20的感光平面。

在某些实施方式中，图像传感器20可以是根据各种类型的感光器技术中的任何一种实现的一个或多个集成电路(IC)技术芯片。具体的，在一些实施例中，图像传感器20可以是电荷耦合器件(Charge CoupledDevice，CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)传感器。

在某些实施方式中，成像装置100可应用于双摄像头系统(未图示)，双摄像头系统可包括本发明的镜头10和广角镜头(未图示)。

可以理解，广角镜头具有较大的视场角和较短的有效焦距，采集的目标图像较小。如此，用户可以根据使用场景的不同选择使用本发明的镜头采集图像或选择使用广角镜头采集图像，满足用户更多需求。进一步地，成像装置100可以同时使用两种镜头同时采集相同场景的图像，通过对不同镜头采集的图像进行处理，可以达到光学变焦的效果。

本发明的镜头10将通过以下实施例配合所附附图予以说明。

实施例一：

请参阅图1和图2A-2J，实施例一的镜头10满足表1A-1C的参数设计，可有效修正光学像差。图2A-2J展示了三种波长(0.436mm、0.546mm、0.656mm)的光线的像差曲线。图2A-2B分别为光线在成像平面(imagine plane，IMA)最大像高为2.6515mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图2C-2D分别为光线在成像平面最大像高为1.9886mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图2E-2F分别为光线在成像平面最大像高为1.32580mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图2G-2H分别为光线在成像平面最大像高为0.6629mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图2I-2J分别为光线在成像平面最大像高为0.0000mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线。光线在成像平面的位置差越小则该镜头10的光学性能越好，实施例一提供的镜头10的光线在成像平面的位置差控制在0.01mm以内。其中，f3为第三透镜13的焦距。

表1A

表1B

表1C

实施例二：

请参阅图3和图4A-4J，实施例二的镜头10满足表2A-2C的参数设计，可有效修正光学像差。图4A-4J展示了三种波长(0.436mm、0.546mm、0.656mm)的光线的像差曲线。图4A-4B分别为光线在成像平面最大像高为2.6515mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图4C-4D分别为光线在成像平面最大像高为1.9886mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图4E-4F分别为光线在成像平面最大像高为1.32580mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图4G-4H分别为光线在成像平面最大像高为0.6629mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图4I-4J分别为光线在成像平面最大像高为0.0000mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线。光线在成像平面的位置差越小则该镜头10的光学性能越好，实施例二提供的镜头10的光线在成像平面的位置差控制在0.008mm以内。其中，f3为第三透镜13的焦距。

表2A

f1(mm)	5.478	F(mm)	11.790
				f2(mm)	-8.715	FNO	2.66
f3(mm)	-8.108	FOV(deg)	25.0
				f4(mm)	6.124
f5(mm)	-10.791

表2B

表2C

实施例三：

请参阅图5和图6A-6J，实施例三的镜头10满足表3A-3C的参数设计，可有效修正光学像差。图6A-6J展示了三种波长(0.436mm、0.546mm、0.656mm)的光线的像差曲线。图6A-6B分别为光线在成像平面最大像高为2.6515mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图6C-6D分别为光线在成像平面最大像高为1.9886mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图6E-6F分别为光线在成像平面最大像高为1.32580mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图6G-6H分别为光线在成像平面最大像高为0.6629mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图6I-6J分别为光线在成像平面最大像高为0.0000mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线。光线在成像平面的位置差越小则该镜头的光学性能越好，实施例三提供的镜头10的光线在成像平面的位置差控制在0.016mm以内。其中，f3为第三透镜13的焦距。

表3A

f1(mm)	5.319	F(mm)	11.790
				f2(mm)	-4.883	FNO	2.51
f3(mm)	-15.726	FOV(deg)	25.0
				f4(mm)	6.213
f5(mm)	-14.577

表3B

表3C

实施例四：

请参阅图7和图8A-8J，实施例四的镜头10满足表4A-4C的参数设计，可有效修正光学像差。图8A-8J展示了三种波长(0.436mm、0.546mm、0.656mm)的光线的像差曲线。图8A-8B分别为光线在成像平面最大像高为2.6515mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图8C-8D分别为光线在成像平面最大像高为1.9886mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图8E-8F分别为光线在成像平面最大像高为1.32580mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图8G-8H分别为光线在成像平面最大像高为0.6629mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线，图8I-8J分别为光线在成像平面最大像高为0.0000mm的切线方向和弧矢方向的像差曲线。光线在成像平面的位置差越小则该镜头10的光学性能越好，实施例四提供的镜头10的光线在成像平面的位置差控制在0.01mm以内。其中，f3为第三透镜13的焦距。

表4A

f1(mm)	5.554	F(mm)	11.790
				f2(mm)	-7.021	FNO	2.57
f3(mm)	-11.244	FOV(deg)	25.0
				f4(mm)	7.696
f5(mm)	-17.310

表4B

表4C

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式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方式或示例中。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方式或示例。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方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种镜头，其特征在于，由物侧至像侧依次包括：

第一透镜，具有正的屈光度且物侧面为凸面；

第二透镜，具有负的屈光度且物侧面为凸面，像侧面为凹面；

第三透镜，具有负的屈光度且像侧面为凹面；

第四透镜，具有正的屈光度且物侧面为凸面，像侧面为凸面；和

第五透镜，具有负的屈光度且物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述镜头满足下列条件式：

0.75≤TTL/F≤1.25；

其中，TTL为所述镜头的总长，F为所述镜头的有效焦距。

2.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述镜头包括孔径光阑，所述孔径光阑设置在所述第一透镜的物侧、所述第一透镜和所述第二透镜之间或所述第二透镜的像侧。

3.如权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述孔径光阑设置在所述第一透镜的物侧面，所述第三透镜的物侧面为凹面或凸面。

4.如权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述孔径光阑设置在所述第二透镜的物侧面，所述第三透镜的物侧面为凸面。

5.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述镜头满足下列条件式：

2＜FNO＜10；

其中，FNO为所述镜头的焦比。

6.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述镜头满足下列条件式：

f5/F≤-0.8；

其中，f5为所述第五透镜的焦距。

7.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述镜头满足下列条件式：

0.15≤f1/F≤0.75；

其中，f1为所述第一透镜的焦距。

8.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述镜头满足下列条件式：-1.5≤f2/F＜0；

其中，f2为所述第二透镜的焦距。

9.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述镜头满足下列条件式：0.1≤f4/F≤1.0；

其中，f4为所述第四透镜的焦距。

10.一种成像装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的镜头。