CN109946817B - 一种超广角高像素手机内置镜头 - Google Patents

一种超广角高像素手机内置镜头 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种超广角高像素手机内置镜头，从物侧到像侧依次为：具有负焦距的第一透镜组合、光阑、具有正焦距的第二透镜组合以及滤光片；第一透镜组合包括沿着光线进入路径依次设置的具有负光焦度的第一透镜和具有正光焦度的第二透镜；第二透镜组合包括沿着光线进入路径依次设置的第三至六透镜，其中第三、五透镜具有正光焦度，第四、六透镜具有负光焦度；上述各透镜均为非球面树脂透镜。上述镜头增大了最大视场角，同时保证了镜头分辨率的要求，该镜头的最大视场角FOV大于137°，镜头的光学总长TTL小于5.2mm，设计结构紧凑，节约了后期手机配置空间，该镜头的像高大于5.2mm，因此可以适配1/3.42英寸的CCD，从而达到1300万像素的解析力，是一颗高清镜头。

Description

一种超广角高像素手机内置镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种超广角高像素手机内置镜头。
背景技术
目前手机摄影越来越受到人们的欢迎，就在于便携、APP丰富、可及时分享的优势。随着使用手机拍照的普及，对镜头像素的要求越来越高，对视场角要求也越来越大，因此广角镜头成为手机的主流，广角镜头可以改变镜头取景广度，实现更多题材的拍摄，增加手机摄影的乐趣。但是镜头的视场角越大，周边畸变会越大，周边像质会降低。目前市场上广角手机镜头的最大视场角为125°。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种超广角高像素手机内置镜头，以便在增大视场角的同时保证镜头分辨率的要求。
为了实现上述目的，本发明提出了一种超广角高像素手机内置镜头，从物侧到像侧依次为：具有负焦距的第一透镜组合、光阑、具有正焦距的第二透镜组合以及滤光片；所述第一透镜组合包括沿着光线进入路径依次设置的具有负光焦度的第一透镜和具有正光焦度的第二透镜；所述第二透镜组合包括沿着光线进入路径依次设置的第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中所述第三透镜和第五透镜具有正光焦度，所述第四透镜和第六透镜具有负光焦度；
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为非球面树脂透镜，并且满足下列条件式：
-1.85<f1/f<-1.65；
-1.0<r1/r2<0；
其中，r1为第一透镜的物面的曲率半径，r2为第一透镜的像面的曲率半径；f1为第一透镜的焦距，f为整个镜头的焦距；
所述镜头还满足：2.15<f2/f<3.45；其中，f2为第二透镜的焦距，f为整个镜头的焦距；
所述镜头还满足：
0.2<CT45/CT34<0.5；
0.9<f3/f<1.0；
0.6<(r5+r6)/(r5-r6)<1.4；
其中，CT45是第二透镜和第三透镜在光轴上的距离，CT34是第二透镜的中心厚度；r5为第三透镜的物面的曲率半径，r6为第三透镜的像面的曲率半径；f3为第三透镜的焦距，f为整个镜头的焦距。
优选的是，所述镜头还满足：
-1.75<f4/f<-1.45；
0.75<f5/f<0.85；
-1.38<f6/f<-1.18；
2.2<TTL/f<3.0；
其中，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f6为第六透镜的焦距，f为整个镜头的焦距；TTL为整个镜头的光学全长，即为该第一透镜物侧面至成像面的轴上距离。
优选的是，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜的材料还满足以下条件：
1.5<Nd1<1.6；
55<Vd1；
20<Vd3-Vd2<40；
25<Vd5-Vd4<45；
其中，Nd1为第一透镜的折射率；Vd1为第一透镜的色散系数；Vd2为第二透镜的色散系数；Vd3为第三透镜的色散系数；Vd4为第四透镜的色散系数；Vd5为第五透镜的色散系数。
优选的是，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为Qcon非球面树脂透镜，各透镜所涉及的十二个表面均为Qcon非球面，并且满足下列Qcon非球面公式：
其中，r为非球面上任一点至光轴的距离，rmax为非球面上任一点至光轴的最大距离，c为非球面顶点处半径所对应的曲率，k为二次曲面圆锥系数，/>是一组以am为系数的m阶正交化Jacobi多项式，z(r)为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距离非球面顶点的距离矢量高度。
优选的是，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜所涉及的十二个表面采用的均是偶次非球面，偶次非球面满足下列非球面公式：
其中，C为非球面顶点处半径所对应的曲率，Y为非球面上任一点至光轴的距离，K为二次曲面圆锥系数，a、b、c…q为高阶多项式非球面系数，Z为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距离非球面顶点的距离矢量高度。
本发明的该方案的有益效果在于上述超广角高像素手机内置镜头具有针对性的优化设计，增大了最大视场角，同时保证了镜头分辨率的要求，该镜头的最大视场角FOV大于137°，镜头的光学总长TTL小于5.2mm，设计结构紧凑，节约了后期手机配置空间，该镜头的像高大于5.2mm，因此可以适配1/3.42英寸的CCD，从而达到1300万像素的解析力，是一颗高清镜头。
附图说明
图1示出了第一实施例中超广角高像素手机内置镜头的结构示意图。
图2示出了第一实施例所涉及的镜头的光线从镜头进入的路径图。
图3示出了第一实施例所涉及的镜头的MTF解像曲线图。
图4(a)示出了第一实施例所涉及的镜头的场曲图；图4(b)示出了第一实施例所涉及的镜头的光学畸变图。
图5示出了第一实施例所涉及的镜头的纵向球差图。
图6示出了第二实施例所涉及的镜头的光线从镜头进入的路径图。
图7示出了第二实施例所涉及的镜头的MTF解像曲线图。
图8(a)示出了第二实施例所涉及的镜头的场曲图；图8(b)示出了第二实施例所涉及的镜头的光学畸变图。
图9示出了第二实施例所涉及的镜头的纵向球差图。
附图标记：L1-第一透镜，L2-第二透镜，stop-光阑，L3-第三透镜，L4第四透镜，L5-第五透镜，L6-第六透镜，IR-滤光片，IMA-成像面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本发明所涉及的超广角高像素手机内置镜头从物侧到像侧依次为：具有负焦距的第一透镜组合、光阑stop、具有正焦距的第二透镜组合以及滤光片IR；所述第一透镜组合包括沿着光线进入路径依次设置的具有负光焦度的第一透镜L1和具有正光焦度的第二透镜L2；所述第二透镜组合包括沿着光线进入路径依次设置的第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6，其中所述第三透镜L3和第五透镜L5具有正光焦度，所述第四透镜L4和第六透镜L6具有负光焦度。
所述第一透镜L1的负光焦度有利于扩大光学系统的视场角；所述第二透镜L2的正光焦度可以汇聚光线，有利于缩短整个镜头的总长度；所述第三透镜L3和第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6正负透镜相互组合，有利于校正光学系统的像散、球差等像差。
所述第一透镜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均为非球面树脂透镜，并且满足下列条件式：
-1.85<f1/f<-1.65；
-1.0<r1/r2<0；
其中，r1为第一透镜L1的物面的曲率半径，r2为第一透镜L1的像面的曲率半径；f1为第一透镜L1的焦距，f为整个镜头的焦距。上式中f1及r1、r2的约束有利于扩大光学系统的视场角，使更大范围内的光线进入整个镜头。
所述镜头还满足：
2.15<f2/f<3.45；
其中，f2为第二透镜L2的焦距，f为整个镜头的焦距。
所述镜头还满足：
0.2<CT45/CT34<0.5；
0.9<f3/f<1.0；
0.6<(r5+r6)/(r5-r6)<1.4；
其中，CT45是第二透镜L2和第三透镜L3在光轴上的距离，CT34是第二透镜L2的中心厚度；r5为第三透镜L3的物面的曲率半径，r6为第三透镜L3的像面的曲率半径；f3为第三透镜L3的焦距，f为整个镜头的焦距。上式约束了第二透镜L2和第三透镜L3的轴向距离，有利于校正广角镜头的球差，同时规定了第三透镜L3和整个镜头光焦度的比值，合理分配达到缩短整体总长，控制像差的目的。
所述镜头还可以满足：
-1.75<f4/f<-1.45；
0.75<f5/f<0.85；
-1.38<f6/f<-1.18；
2.2<TTL/f<3.0；
其中，f4为第四透镜L4的焦距，f5为第五透镜L5的焦距，f6为第六透镜L6的焦距，f为整个镜头的焦距；TTL为整个镜头的光学全长，即为该第一透镜L1物侧面至成像面IMA的轴上距离。上式规定了第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和整个镜头光焦度的比值，合理分配达到缩短整体总长，控制像差的目的。
本发明所涉及的各透镜的材料还满足以下条件：
1.5<Nd1<1.6；
55<Vd1；
20<Vd3-Vd2<40；
25<Vd5-Vd4<45；
其中，Nd1为第一透镜L1的折射率；Vd1为第一透镜L1的色散系数；Vd2为第二透镜L2的色散系数；Vd3为第三透镜L3的色散系数；Vd4为第四透镜L4的色散系数；Vd5为第五透镜L5的色散系数。上式利用大色散高折射率的树脂材料和小色散低折射率的树脂材料组合分配，有利于消除广角镜头产生的色差。
在本实施例中，所述第一透镜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均为Qcon非球面树脂透镜，各透镜所涉及的十二个表面均为Qcon非球面，并且满足下列Qcon非球面公式：
其中，r为非球面上任一点至光轴的距离，rmax为非球面上任一点至光轴的最大距离，c为非球面顶点处半径所对应的曲率，k为二次曲面圆锥系数，/>是一组以am为系数的m阶正交化Jacobi多项式，z(r)为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距离非球面顶点的距离矢量高度。
Qcon让设计师能够透过使用正交系数更好地控制非球面透镜的优化过程，同时可降低制作非球面透镜所需的条件。
表1相关参数是该镜头从物方到像方的各透镜的每个面的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及色散系数的相关参数。
表1
表面编号 表面类型 曲率半径 厚度 折射率 色散系数
物面 球面 无限 800
球面 无限 0
R1 Qcon非球面 -2.99420808 0.301745697 1.544 56
R2 Qcon非球面 5.020353647 0.28603123
R3 Qcon非球面 3.182001905 0.314859265 1.64 23.4
R4 Qcon非球面 12.74918836 0.055408397
光阑 球面 无限 0.057526133
R5 Qcon非球面 -77.57893776 0.482524806 1.64 56
R6 Qcon非球面 -0.951197976 0.073174825
R7 Qcon非球面 -8.064690774 0.235994615 1.65 21.5
R8 Qcon非球面 2.527203243 0.183023485
R9 Qcon非球面 -3.105250455 1.151854887 1.64 56
R10 Qcon非球面 -0.770218402 0.09667869
R11 Qcon非球面 1.336287942 0.410984251 1.64 23.4
R12 Qcon非球面 0.641563543 0.552110065
IR 球面 无限 0.11 BSC7_HOYA
球面 无限 0.755283755
像面 球面 无限 0
表2相关参数是各透镜相关表面的Qcon非球面系数，二次曲面圆锥系数k以及归一化半径数值的相关参数，表2中的系数E代表科学计数法记号。
表2
在本实施例中，f1/f＝-1.72；r1/r2＝-0.61；f2/f＝3.29；CT45/CT34＝0.35；f3/f＝0.91；(r5+r6)/(r5-r6)＝1.02；f4/f＝-1.48；f5/f＝0.82；f6/f＝-1.26；TTL/f＝2.59；Nd1＝1.54；Vd1＝56；Vd3-Vd2＝32.6；Vd5-Vd4＝34.5。
本实施例中，光线从镜头进入的路径如图2所示。图3所示的MTF解像曲线图反映的是镜头的解像力，其横坐标和纵坐标分别为像面上的空间频率和光学系统的光学传递函数值，表示的是镜头分辨率的大小，如图3所示，在全频MTF曲线图中，随着空间频率的提高，可以看出各视场的MTF衰减的较慢，在1251p/mm空间频率处，边缘视场的MTF最小在35％以上，整体镜头的解析品质较好。从图4所示的镜头的场曲图和光学畸变图中可以看出光学畸变在边缘视场处最大为47％；场曲图表明像场的弯曲程度，可看出场曲校正较好，没有呈现边缘模糊的现象。从图5所示的镜头的纵向球差图中可以看出主色光随孔径变化的情况，同时可以了解球差随各色光而变化的情况，都是比较均匀的。
在本实施例中，镜头的最大视场角FOV为137°，光学总长TTL为5.1mm，像面高度为5.44mm。
实施例2
在本实施例中，所述第一透镜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所涉及的十二个表面采用的均是偶次非球面，偶次非球面满足下列非球面公式：
其中，C为非球面顶点处半径所对应的曲率，Y为非球面上任一点至光轴的距离，K为二次曲面圆锥系数，a、b、c...q为高阶多项式非球面系数，Z为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距离非球面顶点的距离矢量高度。
表3相关参数是该镜头从物方到像方的各透镜的每个面的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及色散系数的相关参数。
表3
表面编号 表面类型 曲率半径 厚度 折射率 色散系数
物面 球面 无限 800
球面 无限 0
R1 非球面 -2.949491353 0.303745697 1.544 56
R2 非球面 5.724553115 0.28603123
R3 非球面 4.30563459 0.314859265 1.64 23.4
R4 非球面 -12.95618343 0.055408397
光阑 球面 1.00E+18 0.057526133
R5 非球面 -8.539126193 0.482524806 1.64 56
R6 非球面 -0.944112069 0.073174825
R7 非球面 106.5875915 0.235994615 1.65 21.5
R8 非球面 1.928301895 0.183023485
R9 非球面 -2.936204977 1.181854887 1.64 56
R10 非球面 -0.748044753 0.09667869
R11 非球面 1.602204204 0.410984251 1.64 23.4
R12 非球面 0.69950311 0.552910065
IR 球面 无限 0.11 BSC7_HOYA
球面 无限 0.755283755
像面 球面 无限 0
表4相关参数是各透镜相关表面的非球面系数，二次曲面常数(二次曲面圆锥系数)K的相关参数，表4中的系数E代表科学计数法记号。
表4
在本实施例中，f1/f＝-1.79；r1/r2＝-0.51；f2/f＝2.55；CT45/CT34＝0.3；f3/f＝0.98；(r5+r6)/(r5-r6)＝1.25；f4/f＝-1.52；f5/f＝0.79；f6/f＝-1.21；TTL/f＝2.59；Nd1＝1.54；Vd1＝56；Vd3-Vd2＝32.6；Vd5-Vd4＝34.5。
本实施例中，光线从镜头进入的路径如图6所示。图7所示的MTF解像曲线图反映的是镜头的解像力，如图7所示，在全频MTF曲线图中，随着空间频率的提高，可以看出各视场的MTF衰减的较慢，在1251p/mm空间频率处，边缘视场的MTF最小在35％以上，整体镜头的解析品质较好。从图8所示的镜头的场曲图和光学畸变图中可以看出光学畸变在边缘视场处最大为47％；场曲图表明像场的弯曲程度，可看出场曲校正较好，没有呈现边缘模糊的现象。从图9所示的镜头的纵向球差图中可以看出主色光随孔径变化的情况，同时可以了解球差随各色光而变化的情况，都是比较均匀的。
在本实施例中，所述镜头的最大视场角FOV为137°，光学总长TTL为5.1mm，像面高度为5.44mm。
本发明所涉及的超广角高像素手机内置镜头具有针对性的优化设计，增大了最大视场角，同时保证了镜头分辨率的要求，该镜头的最大视场角FOV大于137°，镜头的光学总长TTL小于5.2mm，设计结构紧凑，节约了后期手机配置空间，该镜头的像高大于5.2mm，因此可以适配1/3.42英寸的CCD，从而达到1300万像素的解析力，是一颗高清镜头。

Claims (5)

1.一种超广角高像素手机内置镜头，其特征在于：从物侧到像侧依次为：具有负焦距的第一透镜组合、光阑、具有正焦距的第二透镜组合以及滤光片；所述第一透镜组合包括沿着光线进入路径依次设置的具有负光焦度的第一透镜和具有正光焦度的第二透镜；所述第二透镜组合包括沿着光线进入路径依次设置的第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中所述第三透镜和第五透镜具有正光焦度，所述第四透镜和第六透镜具有负光焦度；
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为非球面树脂透镜，并且满足下列条件式：
-1.85<f1/f<-1.65；
-1.0<r1/r2<0；
其中，r1为第一透镜的物面的曲率半径，r2为第一透镜的像面的曲率半径；f1为第一透镜的焦距，f为整个镜头的焦距；
所述镜头还满足：2.15<f2/f<3.45；其中，f2为第二透镜的焦距，f为整个镜头的焦距；
所述镜头还满足：
0.2<CT45/CT34<0.5；
0.9<f3/f<1.0；
0.6<(r5+r6)/(r5-r6)<1.4；
其中，CT45是第二透镜和第三透镜在光轴上的距离，CT34是第二透镜的中心厚度；r5为第三透镜的物面的曲率半径，r6为第三透镜的像面的曲率半径；f3为第三透镜的焦距，f为整个镜头的焦距。
2.根据权利要求1所述的超广角高像素手机内置镜头，其特征在于：所述镜头还满足：
-1.75<f4/f<-1.45；
0.75<f5/f<0.85；
-1.38<f6/f<-1.18；
2.2<TTL/f<3.0；
其中，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f6为第六透镜的焦距，f为整个镜头的焦距；TTL为整个镜头的光学全长，即为该第一透镜物侧面至成像面的轴上距离。
3.根据权利要求2所述的超广角高像素手机内置镜头，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜的材料还满足以下条件：
1.5<Nd1<1.6；
55<Vd1；
20<Vd3-Vd2<40；
25<Vd5-Vd4<45；
其中，Nd1为第一透镜的折射率；Vd1为第一透镜的色散系数；Vd2为第二透镜的色散系数；Vd3为第三透镜的色散系数；Vd4为第四透镜的色散系数；Vd5为第五透镜的色散系数。
4.根据权利要求3所述的超广角高像素手机内置镜头，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为Qcon非球面树脂透镜，各透镜所涉及的十二个表面均为Qcon非球面，并且满足下列Qcon非球面公式：
其中，r为非球面上任一点至光轴的距离，rmax为非球面上任一点至光轴的最大距离，c为非球面顶点处半径所对应的曲率，k为二次曲面圆锥系数，/>是一组以am为系数的m阶正交化Jacobi多项式，z(r)为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距离非球面顶点的距离矢量高度。
5.根据权利要求3所述的超广角高像素手机内置镜头，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜所涉及的十二个表面采用的均是偶次非球面，偶次非球面满足下列非球面公式：
其中，C为非球面顶点处半径所对应的曲率，Y为非球面上任一点至光轴的距离，K为二次曲面圆锥系数，a、b、c…q为高阶多项式非球面系数，Z为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距离非球面顶点的距离矢量高度。
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