CN110221412A - 摄像光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种摄像光学镜头，由物侧至像侧的方向上，摄像光学镜头依次包括由物侧至像侧依次包括：一具有负屈折力的第一透镜、一光圈、一具有正屈折力的第二透镜、一具有正屈折力的第三透镜以及一第四透镜，其中，该第二透镜的厚度为d3，该第二透镜像侧面到该第三透的物侧面的轴上距离为d4，该第二透镜的焦距为f2，该摄像光学镜头的焦距为f，上述参数满足以下关系式：11.00≤d3/d4≤22.00；1.50≤f2/f≤4.00。该摄像光学镜头具有良好的广角光学性能，同时，还满足可见光与近红外光共焦的设计要求。

Description

摄像光学镜头

【技术领域】

本发明涉及光学器件技术领域，具体涉及一种适用于智能手机、数码相机等手提终端设备，以及监视器、PC镜头等摄像装置的摄像光学镜头。

【背景技术】

近年来，随着智能手机的兴起，小型化摄影镜头的需求日渐提高，而一般摄影镜头的感光器件不外乎是感光耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)或互补性氧化金属半导体器件(Complementary Metal-OxideSemicondctor Sensor，CMOS Sensor)两种，且由于半导体制造工艺技术的精进，使得感光器件的像素尺寸缩小，再加上现今电子产品以功能佳且轻薄短小的外型为发展趋势，因此，具备良好成像品质的小型化摄像镜头俨然成为目前市场上的主流。电子产品上的摄像光学镜头为了实现广角化多采用四片式、五片式、六片式甚至七片式透镜结构。为了实现透镜的小型化，四片式摄像光学镜头具有良好的光学特性、小型且具有高光通量因此成为首选方案。该四片式摄像光学镜头包括从物体起依次配置的具有屈折力的第一透镜、第二透镜，第三透镜以及第四透镜。然而为了压缩摄像光学镜头的总长度，各透镜的光焦度分配、透镜厚度以及形状设置不充分，从而导致摄像光学镜头的广角化不充分，工作波段宽度不足。

因此，现有的摄像光学镜头技术还有待于改进。

【发明内容】

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种摄像光学镜头，旨在解决传统的摄像光学镜头广角化不充分，工作频段宽度不足及可见光与红外光离焦的问题。

本发明的技术方案如下：

一种摄像光学镜头，由物侧至像侧依次包括：一具有负屈折力的第一透镜、一光圈、一具有正屈折力的第二透镜、一具有正屈折力的第三透镜以及一第四透镜；

其中，该第二透镜的轴上厚度为d3，该第二透镜像侧面到该第三透镜的物侧面的轴上距离为d4，该第二透镜的焦距为f2，该摄像光学镜头的焦距为f，满足下列关系式：

11.00≤d3/d4≤22.00；

1.50≤f2/f≤4.00。

在其中一个实施例中，该第三透镜的物侧面的曲率半径为R5，该第三透镜的像侧面的曲率半径为R6，满足下列关系式：

-13.00≤R5/R6≤-1.50。

在其中一个实施例中，该第三透镜的轴上厚度为d5，该摄像光学镜头的光学总长为TTL，满足下列关系式：

0.10≤d5/TTL≤0.30。

在其中一个实施例中，该第四透镜的物侧面的曲率半径为R7，该第四透镜的像侧面的曲率半径为R8，满足下列关系式：

-15.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤-1.50。

在其中一个实施例中，该第一透镜的焦距为f1，该第一透镜物侧面的曲率半径为R1，该第一透镜像侧面的曲率半径为R2，该第一透镜的轴上厚度为d1，该摄像光学镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：

-4.52≤f1/f≤-1.07；

-1.01≤(R1+R2)/(R1-R2)≤1.54；

0.03≤d1/TTL≤0.13。

进一步地，对于第二透镜的结构条件为：该第二透镜物侧面的曲率半径为R3，该第二透镜像侧面的曲率半径为R4，该第二透镜的轴上厚度为d3，该摄像光学镜头的光学总长为TTL,且满足下列关系式：

0.79≤(R3+R4)/(R3-R4)≤3.18；

0.06≤d3/TTL≤0.29。

进一步地，对于第三透镜的结构条件为：该第三透镜的焦距为f3，该第三透镜物侧面的曲率半径为R5，该第三透镜像侧面的曲率半径为R6，且满足下列关系式：

0.21≤f3/f≤2.91；

0.17≤(R5+R6)/(R5-R6)≤1.28。

进一步地，对于第四透镜的结构条件为：该第四透镜的焦距为f4，该第四透镜的轴上厚度为d7，该摄像光学镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：

-3.15≤f4/f≤45.22；

0.03≤d7/TTL≤0.22。

其中，该摄像光学镜头的光圈数为FNO，满足下列关系式：

FNO≤2.01。

在其中一个实施例中，该第一透镜与该第二透镜的组合焦距为f12，且满足下列关系式：

1.06≤f12/f≤211.79。

本发明的有益效果是：根据本发明的摄像光学镜头具有良好光学性能，且具有大光圈、广角化、可见光、红外共焦光学摄像镜头的特性，尤其适用于由高像素用的CCD、CMOS等摄像元件构成的手机摄像镜头组件和WEB摄像镜头。焦距

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其它的附图，其中：

图1是实施例一的摄像光学镜头的结构示意图；

图2是图1所示的摄像光学镜头的轴向像差示意图；

图3是图1所示的摄像光学镜头的倍率色差示意图；

图4是图1所示的摄像光学镜头的场曲及畸变示意图；

图5是实施例二的摄像光学镜头的结构示意图；

图6是图5所示的摄像光学镜头的轴向像差示意图；

图7是图5所示的摄像光学镜头的倍率色差示意图；

图8是图5所示的摄像光学镜头的场曲及畸变示意图；

图9是实施例三的摄像光学镜头的结构示意图；

图10是图9所示的摄像光学镜头的轴向像差示意图；

图11是图9所示的摄像光学镜头的倍率色差示意图；

图12是图9所示的摄像光学镜头的场曲及畸变示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。

实施例1：

请一并参阅图1至图4，本发明提供了实施例一的摄像光学镜头10。如图1所示中，左侧为物侧，右侧为像侧。

摄像光学镜头10主要包括同轴设置的四个透镜，从物侧至像侧依序包括：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4。在第一透镜L1与第二透镜L2之间设有光圈S1。第四透镜L7和像面Si之间可设置有光学过滤片(filter)GF等光学元件。

其中，该第二透镜的轴上厚度为d3，该第二透镜L2像侧面到该第三透镜L3的物侧面的轴上距离为d4，该第二透镜的焦距为f2，单位为毫米(mm)。该摄像光学镜头的焦距为f，单位为毫米(mm)。d3、d4、f2、f满足下列关系式：

11.00≤d3/d4≤22.00 (1)

1.50≤f2/f≤4.00 (2)

其中，条件式(1)规定了第二透镜L2的轴上厚度与该第二透镜L2像侧面到该第三透镜L3的物侧面的轴上距离的比值，在条件式(1)规定的范围内，有助于压缩摄像光学镜头的总长，实现超薄化效果。

条件式(2)规定了第二透镜L2的焦距与系统焦距的比值，在条件式(2)规定的范围内，有助于提高光学系统性能。

在本实施例中，该第三透镜L3的物侧面的曲率半径为R5，该第三透镜L3的像侧面的曲率半径为R6，R5及R6满足下列关系式：

-13.00≤R5/R6≤-1.50 (3)

条件式(3)规定了第三透镜L3的形状，在条件式(3)规定的范围内，可缓和光线经过摄像光学镜头的偏折程度，有效减小像差。

在本实施例中，该第三透镜L3的轴上厚度为d5，该摄像光学镜头的光学总长为TTL，d5以及TTL满足下列关系式：

0.10≤d5/TTL≤0.30 (4)

条件式(4)规定了第三透镜L3的轴上厚度与摄像光学镜头的光学总长的比值，在条件式规定的范围内，有利于实现超薄化。

另外，该第四透镜的物侧面的曲率半径为R7，该第四透镜的像侧面的曲率半径为R8，R7与R8满足下列关系式：

-15.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤-1.50 (5)

条件式(5)规定了第四透镜L4的形状，在条件式(5)规定的范围外，随着广角化的发展，很难补正轴外画角的像差等问题。

该第一透镜L1的焦距为f1，该第一透镜L1物侧面的曲率半径为R1，该第一透镜像L1侧面的曲率半径为R2，该第一透镜L1的轴上厚度为d1，且满足下列关系式：

-4.52≤f1/f≤-1.07； (6)

-1.01≤(R1+R2)/(R1-R2)≤1.54； (7)

0.03≤d1/TTL≤0.13。 (8)

条件式(6)规定了第一透镜L1的负屈折力与整体焦距的比值。在规定的范围内时，第一透镜具有适当的负屈折力，有利于减小系统像差，同时有利于镜头向超薄化、广角化发展。条件式(7)规定了第一透镜L1的形状，合理控制第一透镜L1的形状，使得第一透镜L1能够有效地校正系统球差。条件式(8)规定了第一透镜像L1的轴上厚度与系摄像光学镜头的光学总长的比值，在条件式(8)规定的范围内，利于实现摄像光学镜头的超薄化。

该第二透镜L2物侧面的曲率半径为R3，该第二透镜L2像侧面的曲率半径为R4，该第二透镜L2的轴上厚度为d3,且满足下列关系式：

0.79≤(R3+R4)/(R3-R4)≤3.18； (9)

0.06≤d3/TTL≤0.29。 (10)

条件式(9)规定了第二透镜L2的形状，在条件式(9)范围内时，随着镜头向超薄广角化发展，有利于补正轴上色像差问题。条件式(10)规定了第二透镜L2的轴上厚度与系摄像光学镜头的光学总长的比值，在条件式(10)规定的范围内，有利于实现超薄化。

该第三透镜L3的焦距为f3，该第三透镜L3物侧面的曲率半径为R5，该第三透镜L3像侧面的曲率半径为R6，且满足下列关系式：

0.21≤f3/f≤2.91； (11)

0.17≤(R5+R6)/(R5-R6)≤1.28。 (12)

当f3/f满足条件式(11)时，，通过光焦度的合理分配，使得系统具有较佳的成像品质和较低的敏感性。条件式(12)规定了第三透镜L3的形状，在条件式(12)规定的范围内，可以缓和光线经过摄像光学镜头的偏折程度，有效减小像差。

该第四透镜L4的焦距为f4，该第四透镜L4的轴上厚度为d7，且满足下列关系式：

-3.15≤f4/f≤45.22； (13)

0.03≤d7/TTL≤0.22。 (14)

当f4/f满足条件式(13)时，规定了第四透镜焦距与系统焦距的比值，在条件式范围内有助于提高光学系统性能。条件式(14)规定了第四透镜L4的轴上厚度与系摄像光学镜头的光学总长的比值，在条件式(14)规定的范围内，有利于实现超薄化。

另外，该第一透镜L1与该第二透镜L2的组合焦距为f12，且满足下列关系式：

1.06≤f12/f≤211.79。 (15)

当f12/f满足条件式(15)时，可消除摄像光学镜头的像差与歪曲，且可压制摄像光学镜头后焦距，维持影像镜片系统组小型化。

当本发明所述摄像光学镜头10的焦距、各透镜的焦距和曲率半径满足上述关系式时，可以使摄像光学镜头10具有良好光学性能，同时能够满足了大光圈、广角化、可见光和红外光共焦的日夜拍摄功能的设计要求；根据该光学镜头10的特性，该光学镜头10尤其适用于由高像素用的CCD、CMOS等摄像元件构成的手机摄像镜头组件和WEB摄像镜头。

本实施方式中：FOV≥101；FNO≤2.01；B∈0.436um-0.96um，其中，该摄像光学镜头的光圈数为FNO，也即有效焦距与入射瞳孔径的比值；该摄像光学镜头的广角值为FOV；该摄像光学镜头的工作波段为B，该工作波段为近红外波段，覆盖了红外到可见光的不同波长范围。

下面将用实例进行说明本发明的摄像光学镜头10。摄像光学镜头10。各实例中所记载的符号如下所示。焦距、轴上距离、曲率半径、轴上厚度、反曲点位置、驻点位置的单位为mm。

TTL:光学总长(第一透镜L1的物侧面到成像面的轴上距离)，单位为mm；

优选的，所述透镜的物侧面和/或像侧面上还可以设置有反曲点和/或驻点，以满足高品质的成像需求，具体的可实施方案，参下所述。

表1、表2示出本发明第一实施方式的摄像光学镜头10的设计数据。

【表1】

上表中各符号的含义如下。

S1：光圈；

R：光学面的曲率半径、透镜时为中心曲率半径；

R1：第一透镜L1的物侧面的曲率半径；

R2：第一透镜L1的像侧面的曲率半径；

R3：第二透镜L2的物侧面的曲率半径；

R4：第二透镜L2的像侧面的曲率半径；

R5：第三透镜L3的物侧面的曲率半径；

R6：第三透镜L3的像侧面的曲率半径；

R7：第四透镜L4的物侧面的曲率半径；

R8：第四透镜L4的像侧面的曲率半径；

R9：玻璃平板GF的物侧面的曲率半径；

R10：玻璃平板GF的像侧面的曲率半径。

d：透镜的轴上厚度与透镜之间的轴上距离；

d0：光圈S1到第一透镜L1的物侧面的轴上距离；

d1：第一透镜L1的轴上厚度；

d2：第一透镜L1的像侧面到第二透镜L2的物侧面的轴上距离；

d3：第二透镜L2的轴上厚度；

d4：第二透镜L2的像侧面到第三透镜L3的物侧面的轴上距离；

d5：第三透镜L3的轴上厚度；

d6：第三透镜L3的像侧面到第四透镜L4的物侧面的轴上距离；

d7：第四透镜L4的轴上厚度；

d8：第四透镜L4的像侧面到光学过滤片GF的物侧面的轴上距离；

d9：光学过滤片GF的轴上厚度；

d10：光学过滤片GF的像侧面到像面Si的轴上距离。

nd：d线的折射率；

nd1：第一透镜L1的d线的折射率；

nd2：第二透镜L2的d线的折射率；

nd3：第三透镜L3的d线的折射率；

nd4：第四透镜L4的d线的折射率；

ndg：玻璃平板GF的d线的折射率。

vd：阿贝数；

v1：第一透镜L1的阿贝数；

v2：第二透镜L2的阿贝数；

v3：第三透镜L3的阿贝数；

v4：第四透镜L4的阿贝数；

vg：玻璃平板GF的阿贝数。

【表2】

在表2中，k是圆锥系数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16是非球面系数。

【表3】

【表4】

	驻点个数	驻点位置1	驻点位置2
				P1R1	1	0.215	0
P1R2	0	0	0
				P2R1	1	0.365	0
P2R2	0	0	0
				P3R1	0	0	0
P3R2	0	0	0
				P4R1	0	0	0
P4R2	1	0.735	0

表3、表4示出本实施例的摄像光学镜头10中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。其中，P1R1、P1R2分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面，P2R1、P2R2分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面，P3R1、P3R2分别代表第三透镜L3的物侧面和像侧面，P4R1、P4R2分别代表第四透镜L4的物侧面和像侧面。“反曲点位置”栏位对应数据为各透镜表面所设置的反曲点到摄像光学镜头10光轴的垂直距离。“驻点位置”栏位对应数据为各透镜表面所设置的驻点到摄像光学镜头10光轴的垂直距离。

另外，在后续的表13中，还列出了实施例一中各种参数与条件式中已规定的参数所对应的值。

图2、图3分别示出了波长为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm的光经过摄像光学镜头10后的轴向像差以及倍率色差示意图。图4则示出了波长为555nm的光经过摄像光学镜头10后的场曲及畸变示意图。图4的场曲S是弧矢方向的场曲，T是子午方向的场曲。

在本实施方式中，摄像光学镜头10的像高为IH，视场角为FOV，入瞳直径为ENPD，其中，IH＝1.12mm，对角线方向的FOV＝102.00deg，ENPD＝0.477，如此，摄像光学镜头10可实现超薄化效果，广角化更充分，其轴上、轴外色像差充分补正且具有可见光与近红外光共焦成像性能，具有优秀的光学特征。

实施例二：

图5是实施例二中摄像光学镜头20的结构示意图，实施例二与实施例一基本相同，以下列表中符号含义与实施例一也相同，故对于相同的部分此处不再赘述，以下仅列出不同点。

表5、表6示出本发明实施例二的摄像光学镜头20的设计数据。

【表5】

【表6】

表7、表8示出摄像光学镜头20中各透镜的反曲点及驻点设计数据。

【表7】

【表8】

	驻点个数	驻点位置1	驻点位置2
				P1R1	0	0	0
P1R2	0	0	0
				P2R1	0	0	0
P2R2	0	0	0
				P3R1	0	0	0
P3R2	0	0	0
				P4R1	0	0	0
P4R2	1	0.715	0

另外，在后续的表13中，还列出了实施例二中各种参数与条件式中已规定的参数所对应的值。

图6、图7分别示出了波长为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm的光经过摄像光学镜头20后的轴向像差以及倍率色差示意图。图8则示出了波长为555nm的光经过摄像光学镜头10后的场曲及畸变示意图。图8的场曲S是弧矢方向的场曲，T是子午方向的场曲。

在本实施例中，摄像光学镜头20的像高为IH，视场角为FOV，入瞳直径为ENPD，其中，IH＝1.12mm，对角线方向的FOV＝102.00deg，ENPD＝0.472，

如此，摄像光学镜头10可实现超薄化效果，广角化更充分，其轴上、轴外色像差充分补正且具有可见光与近红外光共焦成像性能，具有优秀的光学特征并且具有可见光与近红外光共焦成像性能。

实施例三：

图9是实施例三中摄像光学镜头30的结构示意图，实施例三与实施例一基本相同，以下列表中符号含义与实施例一也相同，故对于相同的部分此处不再赘述，以下仅列出不同点。

表9、表10示出本发明实施例三的摄像光学镜头30的设计数据。

【表9】

【表10】

表11、表12示出摄像光学镜头30中各透镜的反曲点及驻点设计数据。

【表11】

【表12】

	驻点个数	驻点位置1	驻点位置2
				P1R1	1	0.315	0
P1R2	0	0	0
				P2R1	0	0	0
P2R2	0	0	0
				P3R1	1	0.375	0
P3R2	1	0.635	0
				P4R1	1	0.685	0
P4R2	0	0	0

另外，在后续的表13中，还列出了实施例三中各种参数与条件式中已规定的参数所对应的值。

图10、图11分别示出了波长为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm的光经过摄像光学镜头30后的轴向像差以及倍率色差示意图。图12则示出了波长为555nm的光经过摄像光学镜头30后的场曲及畸变示意图。图12的场曲S是弧矢方向的场曲，T是子午方向的场曲。

在本实施例中，摄像光学镜头30的像高为IH，视场角为FOV，入瞳直径为ENPD，其中，IH＝1.12mm，对角线方向的FOV＝101.80deg，ENPD＝0.470，如此，摄像光学镜头10可实现超薄化效果，广角化更充分，其轴上、轴外色像差充分补正且具有可见光与近红外光共焦成像性能，具有优秀的光学特征并且具有可见光与近红外光共焦成像性能。以下表13根据上述条件式列出了实施例一、实施例二以及实施例三中对应条件式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)的数值的取值，以及其他相关参数的取值。

【表13】

	实施例一	实施例二	实施例三	备注
					d3/d4	20.43	21.51	12.00	条件式(1)
f2/f	2.02	1.51	3.50	条件式(2)
					f	0.955	0.944	0.940
f1	-1.533	-1.663	-2.124
					f2	1.930	1.425	3.290
f3	0.651	1.829	0.390
					f4	-1.503	28.461	-0.754
f12	5.494	1.998	132.712
					FNO	2.00	2.00	2.00

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种摄像光学镜头，其特征在于，由物侧至像侧依次包括：一具有负屈折力的第一透镜、一光圈、一具有正屈折力的第二透镜、一具有正屈折力的第三透镜以及一第四透镜；

其中，所述第二透镜的轴上厚度为d3，所述第二透镜像侧面到所述第三透镜的物侧面的轴上距离为d4，所述第二透镜的焦距为f2，所述摄像光学镜头的焦距为f，满足下列关系式：

11.00≤d3/d4≤22.00；

1.50≤f2/f≤4.00。

2.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，所述第三透镜的物侧面的曲率半径为R5，所述第三透镜的像侧面的曲率半径为R6，满足下列关系式：

-13.00≤R5/R6≤-1.50。

3.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，所述第三透镜的轴上厚度为d5，所述摄像光学镜头的光学总长为TTL，满足下列关系式：

0.10≤d5/TTL≤0.30。

4.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，所述第四透镜的物侧面的曲率半径为R7，所述第四透镜的像侧面的曲率半径为R8，满足下列关系式：

-15.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤-1.50。

5.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，焦距所述第一透镜的焦距为f1，所述第一透镜物侧面的曲率半径为R1，所述第一透镜像侧面的曲率半径为R2，所述第一透镜的轴上厚度为d1，所述摄像光学镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：

-4.52≤f1/f≤-1.07；

-1.01≤(R1+R2)/(R1-R2)≤1.54；

0.03≤d1/TTL≤0.13。

6.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，所述第二透镜物侧面的曲率半径为R3，所述第二透镜像侧面的曲率半径为R4，所述第二透镜的轴上厚度为d3，所述摄像光学镜头的光学总长为TTL,且满足下列关系式：

0.79≤(R3+R4)/(R3-R4)≤3.18；

0.06≤d3/TTL≤0.29。

7.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，焦距所述第三透镜的焦距为f3，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R5，所述第三透镜像侧面的曲率半径为R6，且满足下列关系式：

0.21≤f3/f≤2.91；

0.17≤(R5+R6)/(R5-R6)≤1.28。

8.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，焦距所述第四透镜的焦距为f4，所述第四透镜的轴上厚度为d7，所述摄像光学镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：

-3.15≤f4/f≤45.22；

0.03≤d7/TTL≤0.22。

9.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，所述摄像光学镜头的光圈数为FNO，满足下列关系式：

FNO≤2.01。

10.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，焦距所述第一透镜与所述第二透镜的组合焦距为f12，且满足下列关系式：

1.06≤f12/f≤211.79。