CN109425965B - 取像镜头 - Google Patents
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Abstract
一种取像镜头，该取像镜头具有一光轴，该取像镜头包括依次设置的透镜和成像面，所述透镜由具有负屈光度的第一透镜、具有正屈光度的第二透镜、具有负屈光度的第三透镜、具有正屈光度的第四透镜、具有负屈光度的第五透镜组成，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的物侧近轴处依次为凸面、凸面、凹面、凸面、凸面，像侧近轴处依次为凹面、凸面、凹面、凸面、凹面，取像镜头满足以下条件：‑1.1＜f1‑4/f5＜‑0.63，其中，f1‑4为第一透镜的物侧曲面至第四透镜的像侧曲面的焦距，f5为第五透镜的焦距。上述取像镜头可以同时达到广视角和紧凑的高质量光学系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种取像镜头。
背景技术
随着科技的进步，要求电子产品的取像镜头的像素愈来愈高。随着电子产品的轻薄短小化趋势，电子产品中的取像镜头也需要满足轻薄短小的要求。目前，市场上除了对取像镜头有更高分辨率的需求外，对取像镜头的广视角的需求也日益增加，同时还要求取像镜头的体积和总长必须保持精巧。然而，现有的取像镜头在满足广视角及轻薄短小的需求的情况下，很难同时保持高分辨率；现有的取像镜头在满足轻薄短小及高分辨率的需求的情况下，又不能满足广视角的需求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种新的取像镜头以解决上述问题。
一种取像镜头，该取像镜头具有一光轴，该取像镜头包括依次设置的透镜和成像面，所述透镜由在光轴上自物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜组成，其中，
所述第一透镜具有负屈光度，其物侧近轴处为凸面，像侧近轴处为凹面；
所述第二透镜具有正屈光度，其物侧近轴处为凸面，像侧近轴处为凸面；
所述第三透镜具有负屈光度，其物侧近轴处为凹面，像侧近轴处为凹面；
所述第四透镜具有正屈光度，其物侧近轴处为凸面，像侧近轴处为凸面；
所述第五透镜具有负屈光度，其物侧近轴处为凸面，像侧近轴处为凹面，所述第五透镜面向物侧的表面及面向像侧的表面中至少有一个表面为非球面表面；
所述取像镜头满足以下条件：
-1.1＜f1-4/f5＜-0.63，
其中，f1-4为第一透镜至第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距。
优选的，所述第二透镜的像侧为凸面。
优选的，所述第三透镜的像侧离轴处为凹面。
优选的，所述第五透镜的像侧离轴处为凸面。
优选的，所述第五透镜的折射率大于1.58。
优选的，所述取像镜头满足以下条件：
1.6＜f2/f4＜3.2，
其中，f2为第二透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距。
优选的，所述取像镜头满足以下条件：
0.44＜f4/f＜0.6，
其中，f4为第四透镜的焦距，f为取像镜头的焦距。
优选的，所述取像镜头还满足以下条件：
1.5＜f3/f5＜4，
其中，f3为第三透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距。
优选的，所述取像镜头满足以下条件：
V1＜30，V3＜30，V5＜30，
其中，V1为第一透镜的色散系数，V3为第三透镜的色散系数，V5为第五透镜的色散系数。
优选的，所述取像镜头满足以下条件：
1[1/μm]＜Fno/P[μm]＜2[1/μm]，
其中，Fno为取像镜头的数值孔径；P为取像镜头的像素大小，单位为微米。
优选的，所述取像镜头满足以下条件：
-0.5＜Φo/Φp＜0.3，
其中，Φp为第五透镜的近轴屈光度；Φo为第五透镜的最大有效半径处的屈光度，Φo的计算公式为Φo＝tanζ/Ho，其中，Ho为最大有效半径，ζ为第五透镜的物侧一无穷远的平行光打在第五透镜的最大有效半径位置Ho处，经过第五透镜偏折后得到的偏折角，该打在第五透镜的最大有效半径位置Ho处的光线穿过第五透镜后为偏折光线，该偏折光线与光轴的交点在第五透镜的像侧，则偏折角ζ为正，该偏折光线与光轴的交点在第五透镜的物侧，则偏折角ζ为负。
优选的，所述取像镜头还包括光圈，该光圈位于第一透镜的像侧与第二透镜的物侧之间。
优选的，所述第四透镜的中心厚度大于第一透镜的中心厚度、第二透镜的中心厚度、第三透镜的中心厚度及第五透镜的中心厚度。
所述取像镜头的第一透镜为负屈光度，且安排光圈在第一透镜的像方与第二透镜的像方之间，有助于取像镜头的广角化，即有助于增大取像镜头的视场角。在具有负屈光度的第一透镜后设置具有正屈光度的第二透镜，有利于缩短取像镜头的总长度，利于取像镜头的小型化。第四透镜为正屈光度，可以分担第二透镜的屈光度，还可以降低取像镜头的敏感度。第四透镜的物侧近轴处为凸面，且保持微弱的面屈光度(surface power)有助于抑制此表面产生的离轴像差。因此，本发明的取像镜头在小型化的情况下仍可保证具有较好的视角且获得较高的图像品质。
附图说明
图1为本发明一较佳实施方式所提供的取像镜头的示意图。
图2为图1所示的取像镜头在波长为587nm时的球像差特性曲线图，其中，纵轴为相对视场数值。
图3为图1所示的取像镜头在波长为587nm时的场曲特性曲线图，其中，纵轴为相对视场数值。
图4为图1所示的取像镜头在波长为587nm时的畸变特性曲线图，其中，纵轴为相对视场数值。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1，本发明较佳实施方式的取像镜头100，其可应用于安装在控系统以及手机、笔记本电脑、游戏机、运动摄影机等电子装置中。自物侧至像侧，该取像镜头100依次包括具有负屈光度的第一透镜10、具有正屈光度的第二透镜20、具有负屈光度的第三透镜30、具有正屈光度的第四透镜40、具有负屈光度的第五透镜50、及成像面60。该取像镜头100还包括光圈70，该光圈70位于第一透镜10的像侧与第二透镜20的物侧之间。
所述取像镜头100的第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50及光圈70的中心均在取像镜头100的光轴OA上。
所述第一透镜10具有面向物侧的第一表面S1及面向像侧的第二表面S2。该第一表面S1近轴处(即邻近光轴OA的区域)为面向物侧的凸面，该第二表面S2近轴处为面向像侧的凹面。
所述第二透镜20具有面向物侧的第三表面S3及面向像侧的第四表面S4。该第三表面S3为面向物侧的凸面，该第四表面S4为面向像侧的凸面。
所述第三透镜30具有面向物侧的第五表面S5及面向像侧的第六表面S6。该第五表面S5近轴处为面向物侧的凹面，该第六表面S6近轴处为面向像侧的凹面，该第六表面S6离轴处(即远离光轴OA的区域)为面向像侧的凹面。
所述第四透镜40具有面向物侧的第七表面S7及面向像侧的第八表面S8。该第七表面S7近轴处为面向物侧的凸面，且保持微弱的面屈光度，该第八表面S8近轴处为面向像侧的凸面。
所述第五透镜50具有面向物侧的第九表面S9及面向像侧的第十表面S10。该第九表面S9近轴处为面向物侧的凸面，该第十表面S10近轴处为面向像侧的凹面。
所述取像镜头100中，第一透镜10为负屈光度，且第一透镜10的第一表面S1近轴处为凸面，该第二表面S2近轴处为凹面，有助于取像镜头100的广角化，即增大取像镜头100的视场角。在具有负屈光度的第一透镜10后设置具有正屈光度的第二透镜20，有利于缩短取像镜头100的总长度，利于取像镜头100的小型化。第三透镜30的第六表面S6近轴处及离轴处均为面向像侧的凹面，可以消除第三透镜30的凹面第五表面S5所产生的像散、彗星像差及球像差。第四透镜40为正屈光度，可以分担第二透镜20的屈光度，还可以降低取像镜头100的敏感度。第四透镜40的该第七表面S7近轴处为面向物侧的的凸面且保持微弱的面屈光度，有助于抑制第七表面S7产生的离轴像差。第五透镜50的第十表面S10离轴处为面向像侧的凸面，有助于消除大视场角的畸变和像散。
在至少一实施例中，所述第四透镜40的中心厚度(即近轴区的厚度)为5个透镜中最大的，即，所述第四透镜40的中心厚度大于第一透镜10的中心厚度、第二透镜20的中心厚度、第三透镜30的中心厚度及第五透镜50的中心厚度，有助于取像镜头100的组装制造。
所述第五透镜50的材质为塑料。
在至少一实施例中，所述第五透镜50的折射率大于1.58，如此可以使第五透镜50的形状较为缓和，以利于成型。
所述第五透镜50具有负屈光度，亦即该第五透镜50的焦距为负。本实施例中，该第一透镜10的物侧至第四透镜40的像侧的焦距为正，亦即该第一透镜10的物侧至第四透镜40的像侧的总屈光度为正，如此，搭配负屈光度的第五透镜50，构成摄远式结构(Telephoto)，可以满足取像镜头100轻薄短小的需求。
所述第五透镜50的第九表面S9及该第十表面S10中至少有一个为非球面表面，即第五透镜50为非球面透镜，如此可以增加设计自由度，并消除像差，缩短取像镜头100的总长度。
所述非球面表面可满足以下数学式：
其中，Z为非球面表面的凹陷度；R为曲率半径；h为曲面的离轴半高；K为圆锥系数，A、B、C、D、E、F、G为非球面的各阶系数。
为了减缓取像镜头100的敏感度，而第四透镜40的屈光度强过于第二透镜20的屈光度有助于减缓光学系统的敏感度，所述取像镜头100满足以下条件：
1.6＜f2/f4＜3.2，
其中，f2为第二透镜20的焦距，f4为第四透镜40的焦距。
为了使取像镜头100的配置紧凑，即精简取像镜头100的总长度，所述取像镜头100满足以下条件：
-1.1＜f1-4/f5＜-0.63，
其中，f1-4为第一透镜10的物侧曲面至第四透镜40的像侧曲面的焦距，f5为第五透镜50的焦距。
当取像镜头100同时满足上述1.6＜f2/f4＜3.2及-1.1＜f1-4/f5＜-0.63两个条件时，可以减缓取像镜头100的光学系统的敏感度，并同时精简取像镜头100的总长度。
为了使取像镜头100在消除像差、精简总长度、及减缓敏感度中取得平衡，所述取像镜头100还满足以下条件：
0.44＜f4/f＜0.6，
其中，f4为第四透镜40的焦距，f为第一透镜10的物侧曲面至第五透镜50的像侧曲面之间的焦距，即取像镜头100的焦距。如果f4/f≥0.6，则取像镜头100的总长度为太长，不符合要求；如果f4/f≤0.44，则第四透镜40难以制造，且取像镜头100的像差难以消除。
为了进一步降低取像镜头100的敏感度，所述取像镜头100还满足以下条件：
1.5＜f3/f5＜4，
其中，f3为第三透镜30的焦距，f5为第五透镜50的焦距。
为了消除取像镜头100的系统色差，所述取像镜头100还满足以下条件：
V1＜30，V3＜30，V5＜30，
其中，V1为第一透镜10的色散系数，V3为第三透镜30的色散系数，V5为第五透镜50的色散系数。
为了使取像镜头100达到较佳的光学系统效能，所述取像镜头100还满足以下条件：
1[1/μm]＜Fno/P[μm]＜2[1/μm]，
其中，Fno为取像镜头100的数值孔径；P为取像镜头100的像素大小大小，单位为微米。如果Fno/P≥2，则取像镜头100的进光量将会较弱；如果Fno/P≤1，则系统像素变的太大或光圈70太大而无法有效控制像差，无法显现取像镜头100的真正效能。
所述取像镜头100还满足一下条件：
-0.5＜Φo/Φp＜0.3，
其中，Φp为第五透镜50的近轴屈光度；Φo为第五透镜50的最大有效半径处的屈光度，Φo的计算公式为Φo＝tanζ/Ho，其中，Ho为最大有效半径，ζ为第五透镜50的物侧一无穷远的平行光打在第五透镜50的最大有效半径位置Ho处，经过第五透镜50偏折后得到的偏折角，该打在第五透镜50的最大有效半径位置Ho处的光线穿过第五透镜50后为偏折光线，该偏折光线与光轴OA的交点在第五透镜50的像侧，则偏折角ζ为正，该偏折光线与光轴OA的交点在第五透镜50的物侧，则偏折角ζ为负。当Φo/Φp≥0.3时，大视场角的主光线角度会太大，导致所成像周围变得暗淡；当Φo/Φp≤-0.5时，则像差难以修正，光学性能不佳。
所述取像镜头100还包括滤光片80，该滤光片80设置于所述第五透镜50与成像面60之间。该滤光片80用于在光束在成像面60成像之前滤除不可见光。该滤光片80可以为红外滤光片。该滤光片80具有面向物侧的第十一表面S11及面向像侧的第十二表面S12。
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。
本实施例中，各透镜、光圈70、滤光片80及成像面60的曲率半径R、厚度d、折射率Nd及阿贝数Vd参见表一。
表一：
| 表面 | 曲率半径(mm) | 厚度(mm) | 折射率 | 阿贝数 |
| S1 | 1.861 | 0.383 | 1.635 | 23.9 |
| S2 | 1.459 | 0.222 | -- | -- |
| 光圈70 | ∞ | -0.011 | -- | -- |
| S3 | 3.105 | 0.377 | 1.544 | 56.1 |
| S4 | -1.590 | 0.037 | -- | -- |
| S5 | -3.076 | 0.222 | 1.583 | 29.9 |
| S6 | 2.754 | 0.048 | -- | -- |
| S7 | 8.509 | 0.978 | 1.544 | 56.1 |
| S8 | -0.460 | 0.036 | -- | -- |
| S9 | 1.919 | 0.343 | 1.636 | 23.9 |
| S10 | 0.457 | 0.276 | -- | -- |
| S11 | ∞ | 0.21 | 1.517 | 64.1 |
| S12 | ∞ | 0.352 | -- | -- |
| 成像面 | ∞ | -- | -- | -- |
本实施例中，取像镜头100中，第一表面S1、第二表面S2、第三表面S3、第四表面S4、第五表面S5、第六表面S6、第七表面S7、第八表面S8、第九表面S9及第十表面S10均为非球面表面，即所述第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40及第五透镜50均为非球面透镜。各非球面表面的圆锥系数K及非球面系数A、B、C、D、E、F、G参见表二。
表二：
本实施例中，取像镜头的有效焦距EFL、数值孔径Fno、以及可视角FOV(
)如表三所示。
表三：
本实施例中，上述公式中各参数如表四所示。
表四：
| f<sub>2</sub>/f<sub>4</sub> | f<sub>1-4</sub>/f<sub>5</sub> | f<sub>4</sub>/f | V<sub>1</sub> | V<sub>3</sub> | V<sub>5</sub> | Φo/Φp | f<sub>3</sub>/f<sub>5</sub> | Fno/P[μm] |
| 2.38 | -0.93 | 0.523 | 23.9 | 29.9 | 23.9 | 0.168 | 2.37 | 1.42 |
本实施例的取像镜头100的波长587nm时的纵向球像差特性曲线图如图2所示。
本实施例的取像镜头100的波长587nm时的场曲特性曲线图如图3所示。其中，T表示取像镜头100对于正切光束(tangential rays)的像差，S表示取像镜头100对于弧矢光束(sagittal rays)的像差。
本实施例的取像镜头100的波长587nm时的畸变特性曲线图((f*tanθ))如图4所示。
另外，以上所述，仅是本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明任何形式上的限制，虽然本发明已将较佳实施方式揭露如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (12)
1.一种取像镜头，该取像镜头具有一光轴，其特征在于：该取像镜头包括依次设置的透镜和成像面，所述透镜由在光轴上自物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜组成，其中，
所述第一透镜具有负屈光度，其物侧近轴处为凸面，像侧近轴处为凹面；
所述第二透镜具有正屈光度，其物侧近轴处为凸面，像侧近轴处为凸面；
所述第三透镜具有负屈光度，其物侧近轴处为凹面，像侧近轴处为凹面；
所述第四透镜具有正屈光度，其物侧近轴处为凸面，像侧近轴处为凸面；
所述第五透镜具有负屈光度，其物侧近轴处为凸面，像侧近轴处为凹面，所述第五透镜面向物侧的表面及面向像侧的表面中至少有一个表面为非球面表面；
所述取像镜头满足以下条件：
-1.1＜f1-4/f5＜-0.63，
其中，f1-4为第一透镜至第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距。
2.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于：所述第三透镜的像侧离轴处为凹面。
3.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于：所述第五透镜的像侧离轴处为凸面。
4.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于：所述第五透镜的折射率大于1.58。
5.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于：所述取像镜头满足以下条件：
1.6＜f2/f4＜3.2，
其中，f2为第二透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距。
6.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于：所述取像镜头满足以下条件：
0.44＜f4/f＜0.6，
其中，f4为第四透镜的焦距，f为取像镜头的焦距。
7.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于：所述取像镜头还满足以下条件：
1.5＜f3/f5＜4，
其中，f3为第三透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距。
8.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于：所述取像镜头满足以下条件：
V1＜30，V3＜30，V5＜30，
其中，V1为第一透镜的色散系数，V3为第三透镜的色散系数，V5为第五透镜的色散系数。
9.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于：所述取像镜头满足以下条件：
1[1/μm]＜Fno/P[μm]＜2[1/μm]，
其中，Fno为取像镜头的数值孔径；P为取像镜头的像素大小，单位为微米。
10.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于：所述取像镜头满足以下条件：
-0.5＜Φo/Φp＜0.3，
其中，Φp为第五透镜的近轴屈光度；Φo为第五透镜的最大有效半径处的屈光度，Φo的计算公式为Φo＝tanζ/Ho，其中，Ho为最大有效半径，ζ为第五透镜的物侧一无穷远的平行光打在第五透镜的最大有效半径位置Ho处，经过第五透镜偏折后得到的偏折角，该打在第五透镜的最大有效半径位置Ho处的光线穿过第五透镜后为偏折光线，该偏折光线与光轴的交点在第五透镜的像侧，则偏折角ζ为正，该偏折光线与光轴的交点在第五透镜的物侧，则偏折角ζ为负。
11.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于：所述取像镜头还包括光圈，该光圈位于第一透镜的像侧与第二透镜的物侧之间。
12.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于：所述第四透镜的中心厚度大于第一透镜的中心厚度、第二透镜的中心厚度、第三透镜的中心厚度及第五透镜的中心厚度。
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