CN108333728B - 一种高像质超广角手机镜头 - Google Patents

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Abstract

一种高像质超广角手机镜头，属于成像光学技术领域，为了解决现有手机镜头中存在视场角小的问题，入射光线先经过第一透镜和第二透镜会聚，再经过光阑，然后依次经过第三透镜和第四透镜会聚，最后经过滤光片成像在曲面传感器上；第一透镜是凹凸透镜，且凸面朝向物方；第二透镜是正光焦度的平凸透镜，且凸面朝向物面；第三透镜是正光焦度的平凸透镜，且凸面朝向像面；第四透镜是凹凸透镜，且凸面朝向像方；所有透镜的折射面具有相同的球心；第一折射率、第二折射率和第三折射率均小于第四折射率；第二折射率和第三折射率相同；第二透镜和第三透镜的厚度和曲率半径相同；第二阿贝数和第三阿贝数相同；第三阿贝数与第四阿贝数差值大于20且小于40。

Description

一种高像质超广角手机镜头
技术领域
本发明涉及成像镜头，特别涉及到一种高像质超广角手机镜头，属于成像光学技术领域。
背景技术
随着智能手机技术的迅速发展，手机的功能不仅仅局限于传统的通讯，其拍照功能也得到了广泛的应用。因此，设计出一款高像质的超广角手机镜头，对于实际生产、生活具有非常重要的意义。
同心透镜是一种典型的可应用于高像质以及大视场的结构。同心透镜全部折射面的曲率中心重合于一点，其像面也是一个同心球面。由于整个系统对称，不存在轴外像差，仅需矫正球差和轴向色差，所以可应用于各种大视场光学镜头。
近年来手机镜头的设计，视场角的在不断增大，中国专利申请号为“201610866764.8”，专利名称为“一种高像素超薄手机镜头”，公开了成像镜头具有第一折射率的第一正透镜；第二折射率的第二负透镜；第三折射率的第三正透镜；第四折射率的第四正透镜；第五折射率的第五负透镜。其第一折射率、第二折射率、第三折射率、第四折射率和第五折射率均小于第二折射率；其中，所述第一折射率与第四折射率相同，第三折射率与第五折射率相同。该成像镜头的成像视场角只有80°左右，视场角较小。
发明内容
本发明为了解决现有技术手机镜头中存在视场角小的问题，提供了一种高像质超广角手机镜头。它满足了现代手机镜头对高像质、大视场的使用需求。
本发明的技术方案如下：
一种高像质超广角手机镜头，其特征是，该镜头从物方到像方依次同轴设置具有第一折射率和第一阿贝数的第一透镜、具有第二折射率和第二阿贝数的第二透镜、光阑、具有第三折射率和第三阿贝数的第三透镜、具有第四折射率和第四阿贝数的第四透镜、滤光片及曲面传感器；入射光线先经过第一透镜和第二透镜会聚，再经过光阑，然后依次经过第三透镜和第四透镜会聚，最后经过滤光片成像在曲面传感器上；第一透镜是凹凸透镜，且凸面朝向物方；第二透镜是正光焦度的平凸透镜，且凸面朝向物面；第三透镜是正光焦度的平凸透镜，且凸面朝向像面；第四透镜是凹凸透镜，且凸面朝向像方；所有透镜的折射面具有相同的球心；所述的第一折射率、第二折射率和第三折射率均小于第四折射率；所述的第二折射率和第三折射率相同；所述的第二透镜和第三透镜的厚度和曲率半径相同；所述的第二阿贝数和第三阿贝数相同；所述的第三阿贝数与第四阿贝数差值大于20且小于40。
本发明的有益效果：
本发明采用同心透镜，简化了设计，增大了视场，并且可以达到高像质的要求。在不考虑截止频率的基础上，该镜头的视场角还可以增大。本发明适用于480nm-650nm波段范围。
该镜头所有透镜均为球面或平面，结构简单，便于生产，同时也降低了成本。
附图说明
图1为本发明一实施例中的一种高像质超广角手机镜头的结构示意图。图中：1、第一透镜，2、第二透镜，4、第三透镜，5、第四透镜，3、光阑，6、滤光片，7、曲面传感器。
图2为本发明的镜头拍摄时的光路图。
图3为本发明一实施例中的手机镜头的MTF曲线图。
图4为本发明一实施例中的手机镜头的点列图。
图5为本发明一实施例中的手机镜头的相对照度曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种高像质超广角手机镜头，从物方到像方依次包括具有第一折射率和第一阿贝数的第一透镜1、具有第二折射率和第二阿贝数的第二透镜2、光阑3、具有第三折射率和第三阿贝数的第三透镜4、具有第四折射率和第四阿贝数的第四透镜5、滤光片6及曲面传感器7。所述的第一折射率、第二折射率和第三折射率均小于第四折射率。其中，所述的第二折射率和第三折射率相同。所述第二透镜2和第三透镜4的厚度和曲率半径相同。所述的第二阿贝数和第三阿贝数相同。所述的第三阿贝数与第四阿贝数差值大于20且小于40，以降低色差的影响。所述光阑位于第二透镜2和第三透镜4中间。所述滤光片6为红外滤光片，主要过滤掉近红外光线。
第一透镜1是厚度均匀的凹凸透镜，且凸面朝向物方；第二透镜2是正光焦度的平凸透镜，且凸面朝向物面；第三透镜4是正光焦度的平凸透镜，且凸面朝向像面；第四透镜5是厚度均匀的凹凸透镜，且凸面朝向像方。所有透镜的折射面具有相同的球心。所有透镜通过胶合的方式连接在一起。
所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜4和第四透镜5的材料均为塑料。
优选的，所述的第一折射率、第二折射率、第三折射率和第四折射率均大于1.5且小于1.65。第一阿贝数、第二阿贝数和第三阿贝数大于50且小于60；第四阿贝数大于20且小于30。
优选的，所有透镜的折射面具有相同的球心。
优选的，所有透镜通过胶合的方式连接在一起。
优选的，所述滤光片可选用K9材料，镀膜过滤近红外光。也可以选用塑料材料作为红外滤光片。
优选的，该系统的像面是与第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜同球心的球像面，需用曲面传感器接收图像。
优选的，FOV≥100°。FOV为所述一种高像素超广角手机镜头的全视场角。
优选的，所述第一透镜凸面与一种高像素超广角手机镜头像面之间距离与一种高像素超广角手机镜头的焦距的比值大于1.45。
优选的，第四透镜的凸面与像面之间的间距大于1.45mm。
优选的，一种高像素超广角手机镜头的焦距与一种高像素超广角手机镜头的入瞳直径的比值小于或等于1.93。
优选的，所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜4和第四透镜5的材料均为塑料。
优选的，定义f为一种高像质超广角手机镜头的镜头总焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，则-1.3<f1/f<-1.1；0.4<f2/f<0.5；0.4<f3/f<0.5；-1.3<f4/f<-1。
优选的，本发明适用于480nm-650nm波段范围。
优选的，在不考虑截止频率的基础上，本发明的视场角还可以增大。
如图2所示，入射至成像镜头的入射光线先经过第一透镜1和第二透镜2会聚，再经过光阑3，再依次经过第三透镜4和第四透镜5会聚，最后经过滤光片6成像在曲面传感器7上。系统采用对称式结构，球像面不产生彗差或像散等轴外像差，只需校正球差和轴向色差。
所述滤光片6可选用K9材料，镀膜过滤近红外光。也可以选用塑料材料作为红外滤光片。
为了提高一种高像质超广角手机镜头的成像质量，增大视场角，同时校正球差和轴向色差，该镜头的各光学元件的曲率半径、间距、玻璃折射率、玻璃阿贝数及焦距需满足的条件如表1，表面从物侧到像侧编起，表1中的表面标为像面的是图1中编号为7的曲面传感器。
表1
Figure GDA0002607091400000051
其中，Ri为第i个表面的曲率半径；di为第i个表面和第i+1个表面的间隔；ni为第i透镜的折射率，其中n5为滤光片的折射率；fi/f为第i透镜的焦距和光学系统焦距的比值。
为了进一步优化成像镜头的公差特性，透镜各表面的曲率半径允许量为10μm，透镜各表面的偏心允许量为10μm，透镜各表面的倾斜允许量为10μm，透镜元件的偏心允许量为10μm，透镜元件的倾斜允许量为0.3°。
表2列出了本实施例中一种高像质超广角手机镜头的系统具体结构参数。
表2
Figure GDA0002607091400000052
Figure GDA0002607091400000061
用Zemax软件对本实施例进行优化，优化之后的MTF曲线图如图3所示，优化之后的点列图如图4所示，优化之后的相对照度曲线图如图5所示。图3、图4、图5反映了该实施例具有良好的成像质量。
本发明的一种高像质超广角手机镜头的全视场角有很大幅度的提高。
综上所述，本发明的一种高像质超广角手机镜头，具有高像素和超广角的特点，符合市场对手机镜头的需求。

Claims (6)

1.一种高像质超广角手机镜头，其特征是，该镜头从物方到像方依次同轴设置具有第一折射率和第一阿贝数的第一透镜(1)、具有第二折射率和第二阿贝数的第二透镜(2)、光阑(3)、具有第三折射率和第三阿贝数的第三透镜(4)、具有第四折射率和第四阿贝数的第四透镜(5)、滤光片(6)及曲面传感器(7)；
入射光线先经过第一透镜(1)和第二透镜(2)会聚，再经过光阑(3)，然后依次经过第三透镜(4)和第四透镜(5)会聚，最后经过滤光片(6)成像在曲面传感器(7)上；
第一透镜(1)是凹凸透镜，且凸面朝向物方；第二透镜(2)是正光焦度的平凸透镜，且凸面朝向物面；第三透镜(4)是正光焦度的平凸透镜，且凸面朝向像面；第四透镜(5)是凹凸透镜，且凸面朝向像方；所有透镜的折射面具有相同的球心；
所述的第一折射率、第二折射率和第三折射率均小于第四折射率；所述的第二折射率和第三折射率相同；
所述的第二透镜(2)和第三透镜(4)的厚度和曲率半径相同；
所述的第二阿贝数和第三阿贝数相同；所述的第三阿贝数与第四阿贝数差值大于20且小于40；
该镜头的各光学元件的曲率半径、间距、玻璃折射率、玻璃阿贝数及焦距需满足的条件如下表：
Figure RE-FDA0002607091390000011
Figure RE-FDA0002607091390000021
其中，Ri为第i个表面的曲率半径；di为第i个表面和第i+1个表面的间隔；ni为第i透镜的折射率，其中n5为滤光片的折射率；fi/f为第i透镜的焦距和光学系统焦距的比值。
2.根据权利要求1所述的一种高像质超广角手机镜头，其特征在于，所述第一透镜（1）、第二透镜（2）、第三透镜（4）和第四透镜（5）的材料均为塑料。
3.根据权利要求1所述的一种高像质超广角手机镜头，其特征在于，所述滤光片（6）为红外滤光片，选用K9材料或塑料。
4.根据权利要求1所述的一种高像质超广角手机镜头，其特征在于，所述第一透镜（1）凸面和像面之间距离与镜头的焦距的比值大于1.45。
5.根据权利要求1所述的一种高像质超广角手机镜头，其特征在于，第四透镜（5）的凸面与像面之间的间距大于1.45mm。
6.根据权利要求1所述的一种高像质超广角手机镜头，其特征在于，镜头的焦距与镜头的入瞳直径的比值小于或等于1.93。
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