CN109725405A - 光学镜头和智能穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光学镜头和智能穿戴设备，其中，该光学镜头自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、第五透镜以及第六透镜；所述第一透镜、第二透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为塑胶材质，所述第三透镜为玻璃材质；第三透镜、第四透镜以及第六透镜均具有正屈折力，所述第五透镜具有负屈折力；所述光学镜头的焦距为f，所述第三透镜的焦距为f3，所述第五透镜的折射率为n5，满足下列关系式：1.0≤f3/f≤6.0；n5≥1.6。本发明技术方案能在保证光学镜头成像质量的同时，减小光学镜头的尺寸。

Description

光学镜头和智能穿戴设备

技术领域

本发明涉及光学镜头产品领域，特别涉及一种光学镜头和智能穿戴设备。

背景技术

目前，为了满足用户的大视角需求，光学镜头多采用6枚以上的镜片， 而对于该6枚镜片，若均使用玻璃镜片，则会导致镜头的长度过大，无法适 配尺寸较小的产品，而若均使用塑胶镜片，则由于高温环境下塑胶容易产生 热变形，以致光学镜头的成像质量大幅下降。因此，亟需提出一种能同时兼 顾小尺寸和高成像质量的光学镜头。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种光学镜头，旨在解决现有技术中的光学镜 头无法兼顾小尺寸和高成像质量的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的光学镜头，所述光学镜头自物侧至像侧 依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六 透镜；所述第一透镜、第二透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为塑 胶材质，所述第三透镜为玻璃材质；第三透镜、第四透镜以及第六透镜均具 有正屈折力，所述第五透镜具有负屈折力；

所述光学镜头的焦距为f，所述第三透镜的焦距为f3，所述第五透镜的折 射率为n5，满足下列关系式：

1.0≤f3/f≤6.0；

n5≥1.6。

可选地，所述光学镜头满足下列关系式：3.1mm≤f3≤4.1mm。

可选地，所述第三透镜的折射率为n3，满足下列关系式：n3≥1.7。

可选地，所述第三透镜为朝向所述像侧凸设的球面透镜。

可选地，所述光学镜头的光栏设于所述第三透镜和第四透镜之间。

可选地，所述第五透镜为双凹透镜。

可选地，所述第五透镜的焦距为f5，所述第五透镜物侧面的曲率半径为 R1，所述第五透镜像侧面的曲率半径为R2，且满足下列关系式：

-6.0≤f5/f≤-1.0；

0.1≤(R1+R2)/(R1-R2)≤2。

可选地，所述第四透镜和/或第六透镜为双凸透镜。

可选地，所述第一透镜和/或第二透镜呈朝所述物侧凸设的弯月形设置。

可选地，所述光学镜头的光学总长小于9mm。

可选地，所述光学镜头的光圈数小于或等于2。

本发明还提出一种智能穿戴设备，该智能穿戴设备自物侧至像侧依次包 括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜； 所述第一透镜、第二透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为塑胶材质， 所述第三透镜为玻璃材质；第三透镜、第四透镜以及第六透镜均具有正屈折 力，所述第五透镜具有负屈折力；

所述光学镜头的焦距为f，所述第三透镜的焦距为f3，所述第五透镜的折 射率为n5，满足下列关系式：

1.0≤f3/f≤6.0；

n5≥1.6。

本发明技术方案通过采用玻璃塑胶混合的方式设计光学镜头的透镜，其 中，除第三透镜外均采用塑胶材料制成，以有效减小光学镜头的尺寸以及重 量，以便于将其应用于小尺寸的产品上，而为了避免各塑胶透镜在高温下形 变，继而影响光学镜头的成像质量，本发明还限定第三透镜的焦距f3与光学 镜头f的比值属于1～6，而第五透镜的折射率要大于或等于1.6，以此实现各 透镜之间的设计优化，使得各透镜之间的热变形产生的影响相互抵消，保证 光学镜头的成像质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，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示出的结构获得其他的 附图。

图1为本发明光学镜头一实施例的结构示意图；

图2为图1中光学镜头的轴向球差示意图；

图3为图1中光学镜头的倍率色差示意图；

图4为图1中光学镜头的场曲和畸变示意图；

图5为图1中光学镜头在常温下MTF示意图；

图6为图1中光学镜头在高温下MTF示意图；

图7为图1中光学镜头在低温下MTF示意图；

图8为图1中光学镜头在高温下的焦点曲线图；

图9为图1中光学镜头在低温下的焦点曲线图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步 说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例， 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 作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、 前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下 各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则 该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、 “第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者 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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可 以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方 案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在， 也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种光学镜头。

应当说明的是，该光学镜头可以为普通广角镜头、超广角镜头等，以下 仅以超广角镜头为例介绍该光学镜头：

在本发明实施例中，参照图1，该光学镜头包括六个透镜。具体地，光学 镜头自物侧至像侧依次包括：光圈S1、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透 镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5以及第六透镜L6。第六透镜L6和像面Si 之间还设置有光学过滤片GF等光学元件。

所述第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5以及第六透 镜L6均为塑胶材质，所述第三透镜L3为玻璃材质；

第三透镜L3、第四透镜L4以及第六透镜L6均具有正屈折力，所述第五 透镜L5具有负屈折力；

可以理解，为了降低该光学镜头的整体尺寸和重量，在整个光学镜头中， 仅第三透镜L3为由玻璃材质制成，而对于其他透镜，在本实施例中，通过对 其他各塑胶镜片的热变形进行分析优化，使得各个塑胶镜片的变形产生的影 响相互抵消，使其在高温中也能清晰成像。应当说明的是，该光学镜头的透 镜数量至少设置为6块，即于本发明的其他实施例中，光学镜头中透镜的数 量还可为7块，甚至更多。

容易理解的，作为唯一的玻璃材质透镜，第三透镜L3的设计参数对该光 学镜头的尺寸以及成像效果至关重要。在此，定义所述光学镜头的焦距为f， 所述第三透镜L3的焦距为f3，1.0≤f3/f≤6.0，规定了第三透镜L3的正屈折力。 超过下限规定值时，虽然有利于镜头向超薄化发展，但是第三透镜L3的正屈 折力会过强，难以补正像差等问题，同时不利于镜头向广角化发展。相反， 超过上限规定值时，第三透镜L3的正屈折力会变过弱，镜头难以向超薄化发 展。

需要特别说明的是，由于塑胶材料的种类有限，折射率和阿贝数范围较 小，所以要平衡系统的色差必须要通过合理材料搭配来实现，本实施例中， 第五透镜L5采用高折射率低阿贝数的树脂材料，以平衡系统的色差，例如但 不限于，第五透镜L5采用EP7000或EP8000所制成。定义第五透镜L5的折 射率为n5，n5≥1.6，限定了第五透镜L5的折射率，在此范围内更有利于光学 镜头向超薄化发展，同时有利于平衡系统色差。

本发明技术方案通过采用玻璃塑胶混合的方式设计光学镜头的透镜，其 中，除第三透镜L3外均采用塑胶材料制成，以有效减小光学镜头的尺寸以及 重量，以便于将其应用于小尺寸的产品上，而为了避免各塑胶透镜在高温下 形变，继而影响光学镜头的成像质量，本发明还限定第三透镜L3的焦距f3 与光学镜头f的比值属于1～6，而第五透镜L5的折射率要大于或等于1.6，以 此实现各透镜之间的设计优化，使得各透镜之间的热变形产生的影响相互抵 消，保证光学镜头的成像质量。

本实施例中，所述光学镜头的光学总长TTL小于9mm；如此设置，有利 于实现光学镜头的超薄化，当然，于其他实施例中，光学镜头的光学总长TTL 也可限定在其他数值以下，本设计不限于此。另外，所述光学镜头为大光圈， 其光圈数F小于或等于2，以更好地保证光学镜头的成像性能；光学镜头的视 场角FOV大于160°，以满足超广角镜头的要求。基于该光学镜头的TTL范 围，第三透镜L3的焦距范围为3.1mm≤f3≤4.1mm，定义所述第三透镜L3的 折射率为n3，n3≥1.7；如此，以更合理的分配光焦度，使得系统具有较佳的 成像品质和较低的敏感性。

本实施例中，所述第三透镜L3为朝向所述像侧凸设的球面透镜；可以理 解，球面透镜是现有技术中光学镜头领域内常见的玻璃透镜，具有容易获得、 价格便宜等优点，应用在本实施例中，有利于降低光学镜头的整体材料成本。 应当说明的是，本设计不限于此，于其他实施例中，第三透镜L3也可为非球 面透镜。

另外，本实施例中，所述光学镜头的光栏D设于所述第三透镜L3和第四 透镜L4之间，以限制进入第四透镜L4的光束口径，以提高后续光路的成像 品质。应当说明的是，本设计不限于此，于其他实施例中，光栏D也可设于 光学镜片的其他两透镜之间。具体地，第三透镜L3与光栏D的轴上间距范围 为0.05mm～0.3mm，光栏D与第四透镜L4的轴上间距小于0.2mm，如此，限 定了光栏D与第三透镜L3和第四透镜L4之间的间隔，以提高光栏D的束光作用。

例如但不限于，所述第五透镜L5为双凹透镜。可以理解，将其应用在本 实施例中，有利于提高第五透镜L5的扩散光线效果，使得光学镜头的光线角 度平缓，降低公差敏感度。应当说明的是，本设计不限于此，于其他实施例 中，第五透镜L5还可具体为其他类型的凹透镜，本设计不限于此。具体地， 定义所述第五透镜L5的焦距为f5，-6.0≤f5/f≤-1.0，所述第五透镜L5物侧面 的曲率半径为R1，所述第五透镜L5像侧面的曲率半径为R2，0.1≤(R1+R2) /(R1-R2)≤2；可以理解，如此设置，限定了第五透镜L5的形状，在所限定的 条件范围以外时，随着光学镜头超薄广角化的发展，第五透镜L5很难补正轴 外画角的像差问题。特别地，应用在本实施例光学镜头的镜头总长TTL，f5 的焦距范围为-1.5mm～-2mm。

同样，为了增强第四透镜L4和第六透镜L6的聚光效果，本实施例中， 所述第四透镜L4和第六透镜L6均为双凸透镜；可以理解，将其应用在本实 施例中，能够更合理的分配光学镜头的光焦度，使得系统具有较佳的成像品 质和较低的敏感性。应当说明的是，本设计不限于此，于其他实施例中，第 四透镜L4和第六透镜L6中也可仅有一者为双凸透镜，或第四透镜L4和第六 透镜L6也可分别为其他类型的凸透镜。具体地，为了减小光学镜头的轴向尺 寸以及保证其成像质量，本实施例中，第四透镜L4的焦距范围为1.5mm～2mm， 第四透镜L4与第五透镜L5的轴上间距范围为0.05mm～0.3mm，第六透镜L6 的焦距范围为4.1mm～7.5mm，第六透镜L6与第五透镜L5的轴上间距为 0.05mm～0.3mm。

另外，应当说明的是，第一透镜L1和第二透镜L2既可以为凸透镜也可 为凹透镜，本实施例中，所述第一透镜L1和第二透镜L2呈朝所述物侧凸设 的弯月形设置。可以理解，弯月形的透镜是现有技术中光学镜头领域广泛使 用的透镜类型。应当说明的是，本设计不限于此，于其他实施例中，第一透 镜L1和第二透镜L2中也可仅一者呈弯月形设置，或第一透镜L1和第二透镜 L2均为其他类型的透镜。具体地，为了减小光学镜头的轴向尺寸以及保证其 成像质量，第一透镜L1的最大直径小于7mm，第一透镜L1的焦距范围为 -5.9mm～-7.9mm，第一透镜L1与第二透镜L2的轴上间距为0.3mm～0.6mm， 第二透镜L2的焦距范围为-3.1mm～-4.1mm，第二透镜L2与第三透镜L3的轴 上间距为0.6mm～1.3mm。

下面将用实例进行说明本发明的光学镜头，表1、表2示出了本发明实施 例的光学镜头的设计数据。

【表一】展现了该光学镜头的系统参数

焦距f＝1.5，FNO＝2.0，光学总长TTL＝8mm，视场角FOV＝165°，面序号 参考图1

面序号	曲率半径	间隔	折射率和阿贝数
				1	20.000	0.529	1.54,55.9
2	3.148	0.422
				3	3.496	0.613	1.54,55.9
4	1.240	1.01
				5	Infinity	1.637	1.72,50.6
6	-2.89	0.195
				7	Infinity	-0.137
8	1.59	0.88	1.54,55.9
				9	-2.19	0.077
10	-4.68	0.407	1.64,21.5
				11	1.61	0.19
12	3.03	0.567	1.54,55.9
				13	-18.13	0.500
14	Infinity	0.211	1.51,64.2
				15	Infinity	0.755

【表二】展现了该光学镜头中非球面镜片的非球面系数

面序号

conic

A4

A6

A8

A10

A12

1

-20.05

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

2

1.40

-7.624E-03

1.34E-04

-1.29E-04

-1.924E-05

-3.01E-05

3

0.52

-1.139E-02

-4.726E-03

-2.222E-03

1.127E-03

-1.31E-04

4

-3.37

2.342E-01

-1.12E-02

-6.725E-02

8.28E-02

-1.64E-02

8

0.29

1.912E-02

6.66E-04

4.64E-02

-3.91E-02

3.62E-02

9

-27.88

-8.755E-02

1.31E-01

-4.97E-02

1.03E-01

-4.70E-02

10

17.32

3.191E-02

-2.395E-01

2.44E-01

1.10E-01

-3.07E-01

11

-1.59

-8.40E-02

1.08E-01

7.64E-03

-4.85E-02

7.45E-03

12

-3.23

-3.38E-02

2.78E-02

2.96E-02

-1.08E-02

-6.61E-03

13

37.91

1.54E-02

-6.48E-03

-1.61E-03

3.27E-02

-1.56E-02

图2、图3分别示出了波长为0.47μm、0.51μm、0.587μm、0.61μm的 光经过该光学镜头后的轴向球差以及倍率色差示意图。由图可知，各波长光 的色差均小于艾里斑(各波长光的曲线均位于虚线内)，即表面经过光学镜头 后的光色差已经得到了有效的校正。

另外，图4示出了以上各波长的光经过光学镜头后的场曲以及畸变示意 图，由图可知，各波长光的场曲和畸变曲线合理，保证了于光学镜头的像面 平面成像。

以下分析该光学镜头处于不同温度环境中的成像效果：

图5、图6以及图7分别示出了光学镜头在常温、高温以及低温不同环境 条件下的MTF曲线，由图可知，三条曲线的差别较小，这也就证明了光学镜 头在三种不同的环境条件下均能有效保证分辨率，保证成像质量。

图8和图9分别示出了光学镜头在高温和低温环境中的焦点曲线(x轴上 的0点为常温下的焦点位置)，由图可知，在高温环境中，光学镜头的焦点仅 右移了0.007mm，而在低温环境中，光学镜头的焦点左移了0.005mm，这也 就证明了该光学镜头的焦点偏移量能控制在小于0.01mm，即该光学镜头的性 能受环境温度的影响较小，无论处于高温或者低温的工况下，均能有效保证 光学镜头的成像质量。

本发明还提出一种智能穿戴设备，该智能穿戴设备包括光学镜头，该光 学镜头的具体结构参照上述实施例，由于智能穿戴设备采用了上述所有实施 例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益 效果，在此不再一一赘述。应当说明的是，该智能穿戴设备不限于为VR/AR 头戴设备、智能望远镜等，本设计不限于此。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构 变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范 围内。

Claims (10)

1.一种光学镜头，其特征在于，所述光学镜头自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、第五透镜以及第六透镜；所述第一透镜、第二透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为塑胶材质，所述第三透镜为玻璃材质；第三透镜、第四透镜以及第六透镜均具有正屈折力，所述第五透镜具有负屈折力；

所述光学镜头的焦距为f，所述第三透镜的焦距为f3，所述第五透镜的折射率为n5，满足下列关系式：

1.0≤f3/f≤6.0；

n5≥1.6。

2.如权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足下列关系式：3.1mm≤f3≤4.1mm。

3.如权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜的折射率为n3，满足下列关系式：n3≥1.7。

4.如权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜为朝向所述像侧凸设的球面透镜。

5.如权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光栏设于所述第三透镜和第四透镜之间。

6.如权利要求1至5任意一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第五透镜为双凹透镜。

7.如权利要求6所述的光学镜头，其特征在于，所述第五透镜的焦距为f5，所述第五透镜物侧面的曲率半径为R1，所述第五透镜像侧面的曲率半径为R2，且满足下列关系式：

-6.0≤f5/f≤-1.0；

0.1≤(R1+R2)/(R1-R2)≤2。

8.如权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜和/或第二透镜呈朝所述物侧凸设的弯月形设置。

9.如权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学总长小于9mm。

10.一种智能穿戴设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的光学镜头。