摄像镜头
技术领域
本发明是涉及由具有优秀的光学特性,小型、而且镜头后焦长、视场角为80°以上、具有2.40以下明亮的F值的5个透镜构成的,可用于手机摄影镜头、移动设备摄影镜头、机器人相机镜头、车载镜头、工业相机镜头等小型相机的摄像镜头。
背景技术
近年,使用CCD和CMOS等摄像元件的各种摄像装置广泛普及起来。随着摄像元件小型化、高性能化发展,社会更需求具有优秀的光学特性的小型摄像镜头。
与由小型且具有优秀的光学特性的5个透镜构成的摄像镜头相关的技术开发正在逐步推进。提出方案为摄像镜头由5个透镜构成,从物侧开始依次是负屈折力的第1透镜、正屈折力的第2透镜、负屈折力的第3透镜、正屈折力的第4透镜、负屈折力的第5透镜。
相关技术的摄像镜头由上述5个透镜构成,虽然在第1透镜与第2 透镜之间设置了光圈,但是因为超薄和长镜头后焦的要求,第1透镜与第2透镜间隔会变窄,很难确保放入光圈的空间。而且,无法将第1 透镜边缘部直接对准第2透镜边缘部,因为需要放入光圈部材,所以存在公差上的问题。
而且,Fno光线宽广的第3透镜近轴上的摄像侧面向凹的凹凸透镜较弱,所以彗形像差会变大,所以存在当变成比F2.4更亮时轴上附近的分辨率会下降的问题。
相关技术的摄像镜头由上述5个透镜构成,虽然通过在第2透镜与第3透镜之间设置光圈,解决了上述问题,但是在像侧由于凸形状的第 3透镜而发生轴上附近的慧形像差,当设为2.4以下明亮的F值时,轴上附近的分辨率会下降。而且,虽然第3透镜的阿贝为0以上,但是很难消除轴上色差,当设为2.4以下明亮的F值时,轴上附近的分辨率会下降,无法支持近来的高像素化要求。
发明内容
本发明的目的是提供由具有优秀的光学特性,小型、而且镜头后焦长、视场角为80°以上、具有2.4以下明亮的F值的5个透镜构成的,可用于手机摄影镜头、移动设备摄影镜头、机器人相机镜头、车载镜头、工业相机镜头等小型相机的摄像镜头。
为达成上述目标,在对透镜的屈折力分配,从像侧面到物侧面的轴上距离与摄像镜头整体的焦距之比、透镜的形状进行认真研讨后,提出改善以往技术的摄像镜头方案,于是形成本发明。
根据上述需解决的技术问题,在从物侧到摄像侧依次为“负正负正负”5个透镜构成的摄像镜头以及使用该摄像镜头的相机系统中,光圈位于第2透镜与第3透镜之间,
第1透镜的物侧面在近轴上为凸面,
第2透镜的物侧面在近轴上为凸面,
第3透镜的像侧面在近轴上为凹面,
第4透镜的物侧面在近轴上为凹面,
第4透镜的像侧面在近轴上为凸面,
第5透镜的物侧面在近轴上为凸面,
第5透镜的像侧面在近轴上为凹面,
至少,
第1透镜的物侧面、第3透镜的物侧面、第3透镜的摄像侧面、第 4透镜的物侧面、第4透镜的摄像侧面、第5透镜的物侧面、第5透镜的摄像侧面具有非球面并满足下列条件公式(1)-(4):
-550≤f1/f2≤-2.5 (1)
0.1≤T23/f≤0.2 (2)
-86.3≤R31/f3≤6.3 (3)
-2.0≤R32/f3≤-0.3 (4)
其中,
f1:第1透镜的焦距;
f2:第2透镜的焦距;
f3:第3透镜的焦距;
f:摄像镜头整体的焦距;
T23:第2透镜与第3透镜之间的光轴上的空气间隔;
R31:第3透镜物侧面的曲率;
R32:第3透镜摄像侧面的曲率。
优选的,所述的摄像镜头满足下列条件公式(5)-(8):
15≤V1≤23.7 (5)
15≤V3≤23.1 (6)
V2>V3 (7)
34.5≤V2-V1≤55.3 (8)
其中,
V1:第1透镜的阿贝数;
V2:第2透镜的阿贝数;
V3:第3透镜的阿贝数。
优选的,所述的摄像镜头第3透镜的摄像侧面,自光轴向周边,由凹面变为凸面。
优选的,所述的摄像镜头满足下列条件公式(11):
2.0<|R32-R41|/|R41|<12.0 (11)
其中,
R32:第3透镜摄像侧面的曲率;
R41:第4透镜物侧面的曲率。
优选的,所述的摄像镜头第4透镜的摄像侧面,自光轴向周边,由凸面变为凹面,并满足下列条件公式(12):
0.35<|R42|/f4<0.48 (12)
其中,
R42:第4透镜摄像侧面的曲率;
f4:第4透镜的焦距。
优选的,所述的摄像镜头第1透镜的物侧面,自光轴向周边,由凸面变为凹面。
优选的,所述的摄像镜头,其特征在于,满足下列条件公式(13):
0.6<f12/f<1.9 (13)
其中,
f12:第1透镜与第2的合成焦距。
附图说明
图1是与本发明一种实施方式相关的摄像镜头LA的构成展示图。
图2是与本发明一种实施方式相关的摄像镜头LS的光路图。
图3是上述摄像镜头LA的具体实例1的构成展示图。
图4是实例1中摄像镜头LA的轴向像差展示图。
图5是实例1中摄像镜头LA的场曲和畸变展示图。
图6是实例1中摄像镜头LA的倍率色差展示图。
图7是上述摄像镜头LA的具体实例2的构成展示图。
图8是实例2中摄像镜头LA的轴向像差展示图。
图9是实例2中摄像镜头LA的场曲和畸变展示图。
图10是实例2中摄像镜头LA的倍率色差展示图。
图11是上述摄像镜头LA的具体实例3的构成展示图。
图12是实例3中摄像镜头LA的轴向像差展示图。
图13是实例3中摄像镜头LA的场曲和畸变展示图。
图14是实例3中摄像镜头LA的倍率色差展示图。
图15是上述摄像镜头LA的具体实例4的构成展示图。
图16是实例4中摄像镜头LA的轴向像差展示图。
图17是实例4中摄像镜头LA的场曲和畸变展示图。
图18是实例4中摄像镜头LA的倍率色差展示图。
图19是上述摄像镜头LA的具体实例5的构成展示图。
图20是实例5中摄像镜头LA的轴向像差展示图。
图21 是实例5中摄像镜头LA的场曲和畸变展示图。
图22是实例5中摄像镜头LA的倍率色差展示图。
具体实施方式
参考附图来说明与本发明相关的摄像镜头的一种实施方式。图1 示出与本发明一实施方式相关的摄像镜头的构成图。该摄像镜头LA是由5个透镜群构成,从物侧到摄像侧依次配置第1透镜、第2透镜、光圈、第3透镜、第4透镜、第5透镜。在第5透镜与摄像面之间设置保护玻璃。保护玻璃可以为1块以上也可以不设置。
本发明通过由从物侧到摄像侧依次为负正负正负的5个透镜构成,可以得到系统总长短、镜头后焦长的镜头。
通过光圈位于第2透镜与第3透镜之间,在加工上、公差上可以得到正常的镜框设计,最终可以提高量产成品率与量产性。
第1透镜的物侧面近轴上朝物侧有凸面,第2透镜的物侧面近轴上朝物侧有凸面,第3透镜的摄像侧面近轴上朝摄像侧有凹面,第4透镜的物侧面近轴上朝物侧有凹面,第4透镜的摄像侧面近轴上朝摄像侧有凸面,第5透镜的物侧面近轴上朝物侧有凸面,第5透镜的摄像侧面近轴上朝摄像侧有凹面,至少,第1透镜的物侧面、第3透镜的物侧面、第3透镜的摄像侧面、第4透镜的物侧面、第4透镜的摄像侧面、第5 透镜的物侧面、第5透镜的摄像侧面具有非球面,设计为Fno明亮,视场角宽广的规格,可以提高分辨率。
该摄像镜头LA是满足下列条件公式(1)-(4)的摄像镜头:
-550≤f1/f2≤-2.5 (1)
0.1≤T23/f≤0.2 (2)
-86.3≤R31/f3≤6.3 (3)
-2.0≤R32/f3≤-0.3 (4)
其中,
f1:第1透镜的焦距;
f2:第2透镜的焦距;
f3:第3透镜的焦距;
f:摄像镜头整体的焦距;
T23:第2透镜与第3透镜之间的光轴上的空气间隔;
R31:第3透镜物侧面的曲率;
R32:第3透镜摄像侧面的曲率。
条件公式(1)是镜头后焦与光学全长的公式。当超过条件公式上限时,第1透镜负屈折力变强,光学全长变长,规格上不适合。当低于条件公式下限时,第1透镜负屈折力变弱,镜头后焦变短,规格上不适合。
条件公式(2)是光圈空间与轴上的分辨公式。当超过条件公式上限时,入射到第3透镜的Fno光束会变细,轴向像差或色差变得补正不足,轴向像差与轴上色差出现恶化,结果导致轴上分辨性能下降。当低于条件公式下限时,光圈部材的空间会变窄,加工上、镜框设计上会变得困难。
条件公式(3)是控制因Fno明亮产生的轴向像差、慧形像差增大,改善轴上与中间像高的分辨性能的公式。当超过条件公式上限时,面周边部与光圈不同轴的情况下,对以像散为首的受视场角影响的像差会增大,周边像高的分辨性能会恶化。当低于条件公式下限时,由于轴向像差、慧形像差增大,轴上与中间像高的分辨性能会恶化。
条件公式(4)是控制因Fno明亮产生的轴向像差、慧形像差增大,确保轴上与中间像高的分辨性能的公式。当超过条件公式上限时,面周边部与光圈不同轴的情况下,对以像散为首的受视场角影响的像差会增大,周边像高的分辨性能会恶化。当低于条件公式下限时,由于轴向像差、慧形像差增大,轴上与中间像高的分辨性能会恶化。
15≤V1≤23.7 (5)
15≤V3≤23.1 (6)
V2>V3 (7)
34.5≤V2-V1≤55.3 (8)
其中,
V1:第1透镜的阿贝数;
V2:第2透镜的阿贝;
V3:第3透镜的阿贝数。
条件公式(5)是消除轴上与轴外色差的公式。在条件公式范围外,轴上色差、倍率色差的改善变得很困难,会发生渗色,规格上不适合。
条件公式(6)是消除轴上与轴外色差的公式。在条件公式范围外,轴上色差、倍率色差的改善变得很困难,会发生渗色,规格上不适合。
条件公式(7)是消除轴上与轴外色差的公式。在条件公式范围外,轴上色差、倍率色差的改善变得很困难,会发生渗色。
条件公式(8)是消除轴上与轴外色差的公式。在条件公式范围外,轴上色差、倍率色差的改善变得很困难,会发生渗色。
-86.3≤R31/f3≤0.0 (9)
35.5≤V2-V1≤44.2 (10)
其中,
R31:第3透镜物侧面的曲率;
f3:第3透镜的焦距。
条件公式(9)是将条件公式(3)的范围缩小,并进行了高分辨化的。而且,可以得到分辨性能良好的镜头。
条件公式(10)是将条件公式(8)的范围缩小,并对轴外与轴上色差进行了改善的。而且,可以得到渗色很少的镜头。
其特征在于,本发明的第3透镜的摄像侧面,靠近光轴的部位面向外面,从摄像侧来看,呈现从凹往凸变化。为了改善轴上慧形像差,朝摄像侧最好是凹面,但是对于以像散为首的受视场角影响的像差来说,朝摄像侧最好是凸面。本发明的第3透镜摄像侧面,因为轴上光束与轴外光束没有完全重合,在非球面通过“从摄像侧来看,呈现从凹往凸变化”,补正了矛盾的要素。
2.0<|R32-R41|/|R41|<12.0 (11)
其中,
R32:第3透镜摄像侧面的曲率;
R41:第4透镜物侧面的曲率。
条件公式(11)是像散与轴上和中间像高的慧形像差的公式。当超过条件公式上限时,像散出现恶化,轴上分辨下降。当低于条件公式下限时,轴上和中间像高慧形像差出现恶化,从轴上到中间像高的分辨下降。
其特征在于,本发明的第4透镜的摄像侧面,靠近光轴的部位面向外面,从摄像侧来看,呈现从凸往凹变化。对于以像散为首的受视场角影响的像差来说,朝摄像侧最好凸面,轴外慧形像差补正朝摄像侧最好凹面。本发明的第4透镜摄像侧面,因为上侧光束与主光线没有完全重合,在非球面通过“从摄像侧来看,呈现从凸往凹变化”,补正了矛盾的要素。
0.35<|R42|/f4<0.48 (12)
其中,
R42:第4透镜摄像侧面的曲率;
f4:第4透镜的焦距。
条件公式(12)是对以像散为首的受视场角影响的像差进行补正的公式。通过满足条件公式(12)的公式,可以对以像散为首的受视场角影响的像差进行补正,可以提高轴外分辨性能。
其特征在于,本发明的第1透镜的物侧面,靠近光轴的部位面向外面,从摄像侧来看,呈现从凸往凹变化。对于以像散为首的受视场角影响的像差来说,朝物侧最好凸面,轴外慧形像差补正朝摄像侧最好凹面。本发明的第1透镜摄像侧面,因为与下侧光束的偏离,在通过非球面“从摄像侧来看,呈现从凸往凹变化”,补正了矛盾的要素。
0.6<f12/f<1.9 (13)
其中,
f12:第1透镜与第2的合成焦距。
条件公式(13)是光学全长与分辨性能的公式。当低于条件公式下限时,光学全长会延长,规格上不合适。当超过条件公式上限时,透镜的各自屈折力会变大,各种像差会增大,分辨性能会下降,规格上不合适。
下面关于本发明的摄像镜头,采用实例进行说明。各实例中所记载的符号具体表示如下:距离、半径与中心厚度的单位为mm。
f:摄像镜头整体的焦距;
Fno:F值;
2ω:视场角;
R:光学面的曲率半径、透镜时为中心曲率半径;
R1:物侧面的曲率半径;
R2:摄像侧面的曲率半径;
D:透镜的中心厚度或者透镜之间的距离;
nd:透镜材料的d线的折射率;
vd:透镜材料的阿贝数;
TL:光学长度(从第1透镜的物侧面到像面的轴上距离);
BF:从第1透镜的摄像侧面到高斯像面的轴上距离;
(玻璃平板GF的厚度除外)
Y:最大像高。
y=(x2/R)/[1+{1-(k+1)(x2/R2)}1/2]+A4x4+A6x6+A8x8+A10x10+A1 2x12+A14x14+A16x16 (14)
其中,R是轴上的曲率半径,k是圆锥系数,A4、A6、A8、A10、 A12、A14、A16是非球面系数。
为方便起见,各个透镜面的非球面使用公式(14)中所示的非球面。但是,本发明不限于该公式(14)表示的非球面多项式。
(实例1)
图3是实例1中摄像镜头LA的配置构成图。表1的数据有:实例 1中构成摄像镜头LA的第1透镜~第5透镜的物侧的曲率半径R1、摄像侧的曲率半径R2、透镜中心厚度或透镜间的距离D、折射率nd、阿贝数vd。表2中的数据有:圆锥系数k、非球面系数。
【表1】
【表2】
表11示出实例1、2、3、4、5中各种数值与条件公式(1)~(13)中已规定的参数所对应的值。实例1、2、3、4、5的设计基准波长为555nm。
如表11所示,实例1满足条件公式(1)~(13)。
实例1中摄像镜头LA的轴向像差见图4,场曲和畸变见图5,倍率色差见图6所示。另外,图5的场曲S是与矢状像面相对的场曲,T 是与正切像面相对的场曲。在实例2、3、4、5中也是如此。
表12示出实例1中f、Fno、2ω、BF、TL、Y的值。在实例2、3、 4、5中也是如此。
(实例2)
图7是实例2中摄像镜头LA的配置构成图。表3的数据有:实例 2中构成摄像镜头LA的第1透镜~第5透镜的物侧的曲率半径R1、摄像侧的曲率半径R2、透镜中心厚度或透镜间的距离D、折射率nd、阿贝数vd。表4中的数据有:圆锥系数k、非球面系数。
【表3】
【表4】
如表11所示,实例2满足条件公式(1)~(13)。
实例2中摄像镜头LA的轴向像差见图8,场曲和畸变见图8,倍率色差见图10所示。
(实例3)
表12示出实例2中f、Fno、2ω、BF、TL、Y的值。
图11是实例3中摄像镜头LA的配置构成图。表5的数据有:实例3中构成摄像镜头LA的第1透镜~第5透镜的物侧的曲率半径R1、摄像侧的曲率半径R2、透镜中心厚度或透镜间的距离D、折射率nd、阿贝数vd。表6中的数据有:圆锥系数k、非球面系数。
【表5】
【表6】
如表11所示,实例3满足条件公式(1)~(13)。
表12示出实例3中f、Fno、2ω、BF、TL、Y的值。
实例3中摄像镜头LA的轴向像差见图12,场曲和畸变见图13,倍率色差见图14所示。
(实例4)
图15是实例4中摄像镜头LA的配置构成图。表7的数据有:实例4中构成摄像镜头LA的第1透镜~第5透镜的物侧的曲率半径R1、摄像侧的曲率半径R2、透镜中心厚度或透镜间的距离D、折射率nd、阿贝数vd。表8中的数据有:圆锥系数k、非球面系数。
【表7】
【表8】
如表11所示,实例4满足条件公式
(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(11)(12)(13)。
表12示出实例4中f、Fno、2ω、BF、TL、Y的值。
实例4中摄像镜头LA的轴向像差见图16,场曲和畸变见图17,倍率色差见图18所示。
(实例5)
图19是实例5中摄像镜头LA的配置构成图。表9的数据有:实例5中构成摄像镜头LA的第1透镜~第5透镜的物侧的曲率半径R1、摄像侧的曲率半径R2、透镜中心厚度或透镜间的距离D、折射率nd、阿贝数vd。表10中的数据有:圆锥系数k、非球面系数。
【表9】
【表10】
如表11所示,实例5满足条件公式
(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(11)(12)(13)。
表12示出实例5中f、Fno、2ω、BF、TL、Y的值。
实例5中摄像镜头LA的轴向像差见图20,场曲和畸变见图21,倍率色差见图22所示。
【表11】
【表12】
f:摄像镜头整体的焦距
Fno:F值
2ω:视场角
R:光学面的曲率半径、透镜时为中心曲率半径
R1:物侧面的曲率半径
R2:摄像侧面的曲率半径
D:透镜的中心厚度或者透镜之间的距离
nd:透镜材料的d线的折射率
vd:透镜材料的阿贝数
TL:光学长度(从第1透镜的物侧面到像面的轴上距离)
BF:从第1透镜的摄像侧面到高斯像面的轴上距离
(玻璃平板GF的厚度除外)
Y:最大像高