CN110515258A - 一种近摄照明器及包含该照明器的成像设备 - Google Patents

一种近摄照明器及包含该照明器的成像设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种近摄照明器及包含该照明器的成像设备，其中：包括光导、小型光源和照明电路板；光导为透明或半透明材料，光导环绕设置在摄像头模组的外围，光导的后端与摄像头模组存在部分长度投影叠合，且光导的物方端面向前超过摄像头模组的物方端面，光导的物方端面包含出光区域；小型光源设置在光导背向其物方端面的后方；照明电路板为印制电路板，与小型光源具备电路连接。本发明能够为近距离拍摄提供明亮、均匀的照明，避免近距离照明时照明光直接进入成像镜头引起杂散光干扰。

Description

一种近摄照明器及包含该照明器的成像设备
技术领域
本发明属于照明成像领域，具体涉及手机、相机等成像设备使用的适用于近距离拍摄的闪光灯或照明器，以及包含这类闪光灯或照明器的近摄成像设备。
背景技术
成像装置在生活中日渐普及，手机摄像头、电脑摄像头、行车记录仪、监控摄像头等成像装置每天都会在人们的日常生活中出现。成像也越来越朝着小型化方向发展，并且在小型化的同时仍能保持较高的成像质量。除了人像、风景等拍照需求外，人们也存在对近距离物体进行拍照的需求。以手机为例，近年出现了具备微距照明功能的型号，部分机型出现了专用于微距拍照的微距镜头。
照明器用于在拍摄中补充照明，也称闪光灯。但现有的照明器多位于镜头的一侧，在远距离拍摄时尚有较好效果，在近距离拍摄时会出现照明不足、照明不均匀的情况。虽然也有环形的外接照明器(闪光灯)，但现有的环形照明器多针对的还是中距离拍摄需要，当拍摄物体到镜头的距离较近，例如在50mm以内时，现有的外接环形照明器无法有效的提供明亮、均匀、柔和的照明。
另一方面，现有的微距摄像头多使用将照相镜头的像距增长的方式实现微距。由于一般照相镜头是针对远距离成像的，在微距情况下成像效果不佳，即使进行增距也只能增大放大率但无法获得足够的分辨率。
发明内容
针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种近摄照明器，能够为近距离拍摄提供明亮、均匀的照明，避免近距离照明时照明光直接进入成像镜头引起杂散光干扰。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种近摄照明器，其中：包括光导、小型光源和照明电路板；
所述光导为透明或半透明材料，所述光导环绕设置在摄像头模组的外围，所述光导的后端与所述摄像头模组存在部分长度投影叠合，且所述光导的物方端面向前超过所述摄像头模组的物方端面，所述光导的物方端面包含出光区域；
所述小型光源设置在所述光导背向其物方端面的后方；
所述照明电路板为印制电路板，与所述小型光源具备电路连接。
优选地，所述光导的物方端面向前超过所述摄像头模组的物方端面的距离S11满足0.1mm≤S11≤3mm。
优选地，所述光导的物方端面的法向平行于所述摄像头模组的光轴。
优选地，所述光导的物方端面包含一个向所述摄像头模组倾斜的倒角；
倒角的内侧端至少平齐所述摄像头模组的物方端面，倒角的外侧端向前超过所述摄像头模组的物方端面的距离即为所述S11。
优选地，所述光导的物方内径小于其像方内径，即所述光导半包裹住所述摄像头模组的物方端面。
优选地，所述光导的物方端面包含一个向所述摄像头模组倾斜的圆角；
圆角的内侧端至少平齐所述摄像头模组的物方端面，圆角的外侧端向前超过所述摄像头模组的物方端面的距离即为所述S11；
或者，所述光导的物方端面包含一个倾向所述摄像头模组的阶梯；
阶梯的内侧端至少平齐所述摄像头模组的物方端面，阶梯的外侧端向前超过所述摄像头模组的物方端面的距离即为所述S11；
或者，所述光导的物方端面包含一个弧形凸起；
弧形凸起内后端至少平齐所述摄像头模组的物方端面，弧形凸起的最前端向前超过所述摄像头模组的物方端面的距离即为所述S11。
优选地，所述光导为中空圆柱体、中空矩形体、中空锥体或为环绕所述摄像头模组分布的多个分离的形体；
当所述光导为中空锥体时，其物方锥径小于像方锥径；所述光导的物方端面与所述摄像头模组的物方端面呈一个钝角。
优选地，所述小型光源位于所述光导的像方端面，所述小型光源的发光面朝向所述光导的物方；
或者，所述小型光源位于所述光导的外侧，所述小型光源的发光面向内侧朝向所述光导；
或者，所述小型光源包含在所述光导的像方端内部，所述小型光源的发光面朝向所述光导的物方。
优选地，所述照明电路板集成于所述近摄照明器所应用的设备的主板上，作为设备主板的一部分，并受设备主板上的控制器所控制；
或者，所述照明电路板集成于所述摄像头模组的电路板上，与摄像头模组构成一个整体；
或者，所述照明电路板为独立的电路板，与所述近摄照明器所应用的设备的主板通过连接器构成电路连接。
为实现上述目的，按照本发明的另一方面，还提供了一种近摄成像设备，通过使用独特的镜头设计，并确定了镜头与感光芯片之间的位置关系，构造了一种摄像头模组，其中镜头感光芯片的位置关系满足公式1，该构造有利于减少在近距离成像时镜头的像方端面到感光芯片的距离，避免采用增距方式实现近距离拍照，利于结构的小型化。同时，镜头包含前透镜组和后透镜组，构造成复合显微镜的结构，此时前透镜组等效为物镜，能够获取优秀的成像质量；
其中：
包含摄像头模组和如前所述的近摄照明器；
所述摄像头模组包括镜头模块、外壳、底板和感光芯片；
所述外壳用于固定所述镜头模块和所述底板；
所述底板上安装有所述感光芯片；
光轴上物点到镜头模块的物方主面的距离小于40mm时的聚焦像点的均方差半径小于光轴上物点位于无穷远处时的聚焦像点的均方差半径；
所述镜头模块沿着光轴的物侧至像侧依次包括：第一透镜组、光圈、第二透镜组；
所述第一透镜组和第二透镜组均为正光焦度；所述第一透镜组的物方通光口径大于其像方通光口径，所述第二透镜组的物方通光口径小于其像方通光口径；
所述镜头模块和所述感光芯片的感光面的位置关系满足如下条件：
0.5f200<Sima<1.5f200 (公式1)；
其中f200为第二透镜组的焦距，即第二透镜组的像方主面到第二透镜组的像方焦面的距离，Sima为感光芯片的感光面到第二透镜组的像方主面的距离。
优选地，所述摄像头模组还包括滤光片；
所述滤光片安装在所述感光芯片的物方侧，固定于所述外壳上；
第二透镜组的像方主面到第二透镜组的像方焦面位置为考虑所述滤光片的折射效应之后的位置。
优选地，所述摄像头模组还包括调焦马达；
所述调焦马达用于使镜头模块相对于外壳运动，在所述镜头模块的调焦范围内，公式1均成立。
优选地，所述调焦马达为音圈马达或超声波马达。
优选地，所述摄像头模组还包括磁铁、前弹簧垫、后弹簧垫、线圈；
所述磁铁和线圈构成所述调焦马达；
所述磁铁固定于所述外壳的内壁，所述前弹簧垫和后弹簧垫用于限制所述镜头模块的移动位置，所述线圈与所示镜头模块的外壁固定。
优选地，所述摄像头模组不具备调焦功能，所述镜头模块与所述感光芯片之间的距离为定值；
不同规格的所述摄像头模组产生系列不同的定值，但均满足公式1。
优选地，当所述摄像头模组不具备调焦功能时，所述镜头模块和所述感光芯片的感光面的位置关系满足如下条件：
Sima＝f200 (公式2)。
优选地，所述第一透镜组的像方介质和所述第二透镜组的物方介质为空气；
所述光圈位于所述第一透镜组或所述第二透镜组的表面，或其物方、像方的空气介质中。
优选地，所述第一透镜组的像方介质和所述第二透镜组的物方介质为包括塑料或玻璃在内的透明材质；
此时，所述第一透镜组和所述第二透镜组有共同的一片透镜，该透镜的物方的所有透镜和该透镜的物方表面构成第一透镜组，该透镜的像方表面和其像方的所有透镜构成第二透镜组；
所述光圈位于该透镜的表面或该透镜的透明介质内。
优选地，所述摄像头模组是用于便携式电子产品的摄像头模组。
优选地，所述第一透镜组的焦距f100≤40mm，所述第二透镜组的焦距f200≤20 mm；
在使用时，待摄物体与所述第一透镜组的物方主面的距离od100小于第一透镜组100 的焦距的2倍，即
od100<2f100 (关系式1)；
且所述第二透镜组的像方主面到像面的距离id200小于所述第二透镜组的焦距的两倍，即
id200<2f200 (关系式2)；
且所述第一透镜组的像方数值孔径(numerical aperture)NAimg100、所述第二透镜组的物方数值孔径NAobj200满足如下条件：
0<NAimg100，NAobj200<0.05 (关系式3)。
优选地，所述光圈到所述第一透镜组的边缘沿光轴方向的距离sd100满足关系式：
sd100<f100 (关系式4)；
所述光圈到所述第二透镜组的边缘沿光轴方向的距离sd200满足关系式：
sd200<f200 (关系式5)。
优选地，所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜。
优选地，所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下：
倒数第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
最后一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地，所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下：
倒数第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
最后一片透镜的物方表面为凸面，像方表面为凹面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最小、越离轴厚度越大的区域。
优选地，所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下：
倒数第二片透镜的物方表面为凹面，像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
最后一片透镜的物方表面为凹面，像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地，所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下：
倒数第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
最后一片透镜的物方表面为凸面，像方表面为凹面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域。
优选地，所述最后一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点。
优选地，所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括：
第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面；
第二片透镜，其物方表面和像方表面均为凹面；
第三片透镜，其物方表面的中心为凸面，然后离轴外围变为凹面，像方表面中心为凹面，然后离轴外围变为凸面；
第四片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
第五片透镜的物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地，所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括：
第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面；
第二片透镜，其物方表面和像方表面均为凹面，其中物方表面凹陷程度大于像方表面，且像方表面具有反曲点；
第三片透镜，其像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
第四片透镜，其物方表面为凸面，像方表面为凹面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最小、越离轴厚度越大的区域。
优选地，所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括：
第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面；
第二片透镜，其物方表面为凸面，像方表面为凹面；
第三片透镜，其物方表面的中心为凸面，然后离轴外围变为凹面，像方表面中心为凹面，然后离轴外围变为凸面；
第四片透镜，其物方表面为凹面，像方表面为凸面；
第五片透镜，其物方表面为凹面，像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
第六片透镜，其物方表面为凹面，像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地，所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括：
第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面；
第二片透镜，其像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
第三片透镜，其物方表面为凸面，像方表面为凹面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域。
优选地，所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜。
优选地，所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的前两片透镜设置如下：
第一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地，所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的前两片透镜设置如下：
第一片透镜的物方表面为凹面，像方表面为凸面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域；
第二片透镜的物方表面为凸面，像方表面为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地，所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的前两片透镜设置如下：
第一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
第二片透镜的物方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地，所述第一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点。
优选地，所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括：
第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
第二片透镜，其物方表面为凸面，像方表面为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域；
第三片透镜，其物方表面为凹面，但凹陷程度小于第一片透镜的物方表面凹陷程度，像方表面为凹面；
第四片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面。
优选地，所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括：
第一片透镜，其物方表面为凹面，像方表面为凸面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域；
第二片透镜，其物方表面为凸面，像方表面为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
第三片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面。
优选地，所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括：
第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；
第二片透镜，其物方表面为凸面，像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域；
第三片透镜，其物方表面为凹面，但凹陷程度小于第一片透镜的物方表面的凹陷程度，像方表面为凸面；
第四片透镜，其物方表面和像方表面均为凹面；
第五片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面。
上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明的近摄照明器，能够为近距离拍摄提供明亮、均匀的照明，避免近距离照明时照明光直接进入成像镜头引起杂散光干扰。
2、本发明的近摄照明器，功能是为摄像头提供照明，使用时，本发明光导环绕摄像头模组，光导的物方端面超过摄像头模组的物方端面，优选超出的距离S11满足0.1 mm≤S11≤3mm，该结构有利于出光区域对摄像头模组物方的近距离区域进行照明，避免摄像头模组的外壳遮挡光导致其物方的近距离区域的中心区域照明不足；优选的，光导的出光区域超出摄像头模组的部分包含一个锥面或环面，该结构有利于引导照明光由出光区域出射后射向摄像头模组的物方，避免有大量照明光未照射向摄像头模组的物方的物体而是直接进入摄像头模组从而引起杂散光干扰成像。
3、本发明的近摄照明器，其光导具有独特的构造，光导的物方端面可包含倒角、圆角、弧形凸起，也可包含台阶；光导可为中空圆柱体、中空矩形体、中空锥体或其他中空三维形体，也可为环绕摄像头模组分布的多个分离的形体。
4、本发明的近摄照明器，小型光源的设置带来了更明亮、均匀的照明，小型光源位于光导的像侧、外侧或内侧；小型光源为发光器件，小型光源选用发光二极管(lightemitting diode，LED)或激光二极管(LASER diode，LD)；小型光源的数量为2～4个；当存在多个小型光源时，小型光源环绕摄像头模组；当存在多个小型光源，小型光源等间隔分布环绕摄像头模组。
5、现有技术中，感光芯片的感光面位于镜头的焦面上；存在调焦功能时，感光芯片的感光面在调焦范围内位于镜头的一倍焦距到两倍焦距所确定的两个平面之间。本发明的近摄成像设备与现有技术不同，镜头与感光芯片的位置关系满足关系式，该构造有利于减少在近距离成像时镜头的像方端面到感光芯片的距离，避免采用增距方式实现近距离拍照，利于结构的小型化。
6、如前所述，本发明的近摄成像设备的构造可避免通过增距方式实现近距离拍照，从而使模组的结构更加紧凑，减少像方空气介质的总厚度从而避免浪费空间。在此基础上，节省下来的空间可用于在镜头中增加镜片数量，从而使得镜头获得更加丰富的像差校正自由度，以实现更高的光学分辨率和更低的畸变。
7、本发明的近摄成像设备中，镜头包含第一透镜组和第二透镜组，构造成复合显微镜的结构，此时第一透镜组等效为物镜，该结构有利于在近距离成像下获取优秀的成像质量。
8、本发明的近摄成像设备中，镜头中光圈位于中间位置，光圈中置的构造有利于减少成像时的横向色差，也有利于实现大视场角成像。
9、本发明的近摄成像设备中，在成像过程中，镜头的第一透镜组处于物距小像距大的状态，第二透镜组处于物距大像距小的状态，此时第一透镜组和第二透镜组相互之间存在安装误差时，安装误差尤其是距离误差远小于第一透镜组的像距和第二透镜组的物距，从而使得安装误差对成像质量的影响较小，有利于减少成像质量对安装误差的敏感度，从而获取较高的良品率。
10、传统微型镜头多为照相镜头，针对物距远大于像距的情况所设计，不适用于近距离的微距和显微成像；本发明的近摄成像设备，提出了一种由第一透镜组、光圈和第二透镜组组成的三明治结构的镜头构型，能在小型化的情况下获取较高的近距离成像效果，能有效降低近距离成像时的像差，尤其是畸变和色差。满足本发明的的结构特征和参数关系式的镜头，能有效减少镜头的直径，减小镜头尺寸和降低加工难度和加工成本，并能有效减少有镜头和探测器组成的结构的总光学筒长。
附图说明
图1为本发明的近摄照明器的第一实施例的结构示意图；
图2为本发明的近摄照明器的第二实施例的结构示意图；
图3为本发明的近摄照明器的第二实施例的三维结构示意图；
图4为本发明的近摄照明器的第三实施例的结构示意图；
图5为本发明的近摄照明器的第四实施例的结构示意图；
图6为本发明的近摄照明器的第五实施例的结构示意图；
图7a为本发明的近摄照明器的光导的物方端面的第一种形状；
图7b为本发明的近摄照明器的光导的物方端面的第二种形状；
图7c为本发明的近摄照明器的光导的物方端面的第三种形状；
图7d为本发明的近摄照明器的光导的物方端面的第四种形状；
图7e为本发明的近摄照明器的光导的物方端面的第五种形状；
图7f为本发明的近摄照明器的光导的物方端面的第六种形状；
图8为本发明的近摄照明器的光导的横截面的第一种形状；
图9为本发明的近摄照明器的光导的横截面的第二种形状；
图10为本发明的近摄照明器的光导的横截面的第三种形状；
图11是本发明的第一类近摄成像设备的示意图；
图12是本发明的第一类近摄成像设备的镜头模块的简要示意图；
图13是本发明的第一类近摄成像设备的镜头模块的结构示意图；
图14是本发明的第二类近摄成像设备的示意图；
图15是本发明的近摄成像设备的结构示意图；
图16是本发明的近摄成像设备的实施例一的结构示意图；
图17是本发明的近摄成像设备的实施例二的结构示意图；
图18是本发明的近摄成像设备的实施例三的结构示意图；
图19是本发明的近摄成像设备的实施例四的结构示意图；
图20是本发明的近摄成像设备的实施例四的视场角内畸变示意图；
图21是本发明的近摄成像设备的实施例五的结构示意图；
图22是本发明的近摄成像设备的实施例一的参数表图之一；
图23是本发明的近摄成像设备的实施例一的参数表图之二；
图24是本发明的近摄成像设备的实施例二的参数表图之一；
图25是本发明的近摄成像设备的实施例二的参数表图之二；
图26是本发明的近摄成像设备的实施例三的参数表图之一；
图27是本发明的近摄成像设备的实施例三的参数表图之二；
图28是本发明的近摄成像设备的实施例四的参数表图之一；
图29是本发明的近摄成像设备的实施例四的参数表图之二；
图30是本发明的近摄成像设备的实施例五的参数表图之一；
图31是本发明的近摄成像设备的实施例五的参数表图之二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
作为本发明的一种较佳实施方式，如图1-10所示，本发明提供一种近摄照明器，其中：包括光导1、小型光源2和照明电路板3。
所述光导1为透明或半透明材料，如透明塑料、玻璃等。本发明的功能是为摄像头提供照明，使用时，所述光导1环绕在摄像头模组4的外围，定义朝向待拍摄物体的方向为物方，相反的方向为像方，所述光导1的后端与所述摄像头模组4存在部分长度投影叠合，且所述光导1的物方端面向前超过所述摄像头模组4的物方端面，优选地，所述光导1的物方端面向前超过所述摄像头模组4的物方端面的距离S11满足0.1mm≤ S11≤3mm。所述摄像头模组4为包含成像镜头和面阵光电探测器的器件，所述摄像头模组4为本领域内技术人员所熟知，均可以使用本发明的近摄照明器，优选搭配本发明下文详细说明的摄像头模组一同使用。
所述光导1的物方端面包含出光区域11，所述出光区域11优选呈环状。本发明所述环形、环绕，均非限定所述结构的形状为圆形或圆环形，而是描述所述结构的特征为分布在另一结构四周。
本发明的光导的物方端面形状和横截面形状具有多个不同的实施方式，如图1-4、图7a-图7f所示。
如图1、图7a所示，所述光导1的物方端面的法向平行于所述摄像头模组4的光轴。
如图2-3、图7b所示，所述光导1的物方端面包含一个向所述摄像头模组4倾斜的倒角；倒角的内侧端至少平齐所述摄像头模组4的物方端面，倒角的外侧端向前超过所述摄像头模组4的物方端面的距离即为所述S11。
如图4、图7c所示，所述光导1的物方内径小于其像方内径，即所述光导1半包裹住所述摄像头模组4的物方端面。
如图7d所示，所述光导1的物方端面包含一个向所述摄像头模组4倾斜的圆角；圆角的内侧端至少平齐所述摄像头模组4的物方端面，圆角的外侧端向前超过所述摄像头模组4的物方端面的距离即为所述S11。
如图7e所示，所述光导1的物方端面包含一个倾向所述摄像头模组4的阶梯；阶梯的内侧端至少平齐所述摄像头模组4的物方端面，阶梯的外侧端向前超过所述摄像头模组4的物方端面的距离即为所述S11。
如图7f所示，所述光导1的物方端面包含一个弧形凸起，优选为半圆形凸起；弧形凸起内后端至少平齐所述摄像头模组4的物方端面，弧形凸起的最前端向前超过所述摄像头模组4的物方端面的距离即为所述S11。
本发明的光导的横截面形状具有多个不同的实施方式，以展示光导1环绕摄像头模组4的不同方式，如图8-图10、图5所示。
所述光导1为中空圆柱体、中空矩形体、中空锥体或为环绕所述摄像头模组4分布的多个分离的形体；图9展示的是光导1横截面为中空矩形的情形。图8展示的是光导 1横截面为中空圆形的情形。图10展示的是光导1的横截面为环绕分布的4个矩形，此时光导1为分离的4个条状体。
如图5所示，当所述光导1为中空锥体时，其物方锥径小于像方锥径；所述光导1 的物方端面与所述摄像头模组4的物方端面呈一个钝角。
所述小型光源2设置在所述光导1背向其物方端面的后方。
优选地，所述小型光源2位于所述光导1的像方端面，所述小型光源2的发光面朝向所述光导1的物方；或者，所述小型光源2位于所述光导1的外侧，所述小型光源2 的发光面向内侧朝向所述光导1；或者，所述小型光源2包含在所述光导1的像方端内部，所述小型光源2的发光面朝向所述光导1的物方。
所述小型光源2为发光器件。优选的，所述小型光源2选用发光二极管(lightemitting diode，LED)或激光二极管(LASER diode，LD)。优选的，所述小型光源2位于所述光导1的像侧或外侧。所述小型光源2的数量大于等于1。优选的，所述小型光源2的数量为2～4个。优选的，当存在多个小型光源2时，小型光源2环绕所述摄像头模组4。优选的，当存在多个小型光源2，小型光源2等间隔分布环绕所述摄像头模组 4。
所述照明电路板3为印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，与所述小型光源2 具备电路连接。其作用是为小型光源2提供机械支撑并供电。所述照明电路板3可集成于本发明所应用的设备的主板上，作为主板的一部分，并受主板上的控制器所控制。所述照明电路板3也可以为独立的电路板，与本发明所应用的设备的主板通过连接器构成电路连接。必要时，所述照明电路板3上还可以具备电阻、电容、电感等电子元器件以及芯片。所述照明电路板3也可集成于本发明所应用的摄像头模组的电路板上，与摄像头模组构成一个整体。
以下提出本发明的近摄照明器的具体实施例。其他未描述的、但可自由组合实施的方案不再穷举。
<第一实施例>
本发明第一实施例结构如图1所示。本实施例包含光导1、小型光源2和照明电路板3。所述小型光源2包含2个发光二极管，分比为第一发光二极管21和第二发光二极管22。所述光导1为中空圆柱体，环绕摄像头模组4。所述光导1的物方端面超出所述摄像头模组4的物方端面1mm。所述第一发光二极管21和第二发光二极管22紧贴所述光导1的像方端面。所述第一发光二极管21和第二发光二极管22分别位于摄像头模组4的两侧。所述第一发光二极管21和第二发光二极管22的发光面朝向物方。所述第一发光二极管21和第二发光二极管22均安装于照明电路板3上。所述照明电路板3位于所述第一发光二极管21和第二发光二极管22的像方。所述照明电路板3上包含驱动第一发光二极管21和第二发光二极管22所需的电阻、电容等外围电子元器件。所述照明电路板3与本发明所应用的设备的主板具有电路连接，从而使得设备能够控制所述第一发光二极管21和第二发光二极管22。
<第二实施例>
本发明第一实施例结构如图2所示。本实施例包含光导1、小型光源2和照明电路板3。所述小型光源2包含4个发光二极管，分比为第一发光二极管21、第二发光二极管22、第三发光二极管23和第四发光二极管24(受三维位置关系限制，其中第三发光二极管23和第四发光二极管24在图2中未画出)。所述光导1为中空圆柱体，其物方端面的内壁包含一个倒角。所述光导1环绕摄像头模组4。所述光导1的物方端面超出所述摄像头模组4的物方端面1mm。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22、第三发光二极管23和第四发光二极管24紧贴所述光导1的像方端面。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22、第三发光二极管23和第四发光二极管24等间距环绕摄像头模组4。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22、第三发光二极管23和第四发光二极管24的发光面朝向物方。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22、第三发光二极管23和第四发光二极管24均安装于照明电路板3上。所述照明电路板3位于所述第一发光二极管21、第二发光二极管22、第三发光二极管23和第四发光二极管 24的像方。所述照明电路板3上包含驱动第一发光二极管21、第二发光二极管22、第三发光二极管23和第四发光二极管24所需的电阻、电容等外围电子元器件。所述照明电路板3与本发明所应用的设备的主板具有电路连接，从而使得设备能够控制所述第一发光二极管21、第二发光二极管22、第三发光二极管23和第四发光二极管24。
本实施例的三维结构示意图如图3所示。
<第三实施例>
本发明第三实施例结构如图4所示。本实施例包含光导1、小型光源2和照明电路板3。所述小型光源2包含4个发光二极管，分比为第一发光二极管21、第二发光二极管22。所述光导1为中空圆柱体，其物方端面的内壁包含一个倒角。所述光导1环绕摄像头模组4。所述光导1的物方内径小于像方内径，即所述光导1半包裹住摄像头模组4的物方端面。所述光导1的物方端面超出所述摄像头模组4的物方端面1mm。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22紧贴所述光导1的像方端面。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22位于摄像头模组4两侧。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22的发光面朝向物方。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22均安装于照明电路板3上。所述照明电路板3位于所述第一发光二极管21和第二发光二极管22的像方。所述照明电路板3上包含驱动第一发光二极管21、第二发光二极管22 所需的电阻、电容等外围电子元器件。所述照明电路板3与本发明所应用的设备的主板具有电路连接，从而使得设备能够控制所述第一发光二极管21、第二发光二极管22。
<第四实施例>
本发明第四实施例结构如图5所示。本实施例包含光导1、小型光源2和照明电路板3。所述小型光源2包含4个发光二极管，分比为第一发光二极管21、第二发光二极管22。所述光导1为中空锥体，其外壁和内壁均为锥面。其物方端面与镜头模组4的物方端面呈一个钝角。所述光导1环绕摄像头模组4。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22紧贴所述光导1的像方端面。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22 位于摄像头模组4两侧。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22的发光面朝向物方。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22均安装于照明电路板3上。所述照明电路板3位于所述第一发光二极管21和第二发光二极管22的像方。所述照明电路板3 集成于本实施例所应用的设备的主板上。
<第五实施例>
本发明第五实施例结构如图6所示。本实施例包含光导1、小型光源2和照明电路板3。所述小型光源2包含4个发光二极管，分比为第一发光二极管21、第二发光二极管22。所述光导1为中空立方体，其物方端面的内壁包含一个倒角。所述光导1环绕摄像头模组4。所述光导1的物方端面超出所述摄像头模组4的物方端面1mm。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22紧贴所述光导1的侧面。所述第一发光二极管 21、第二发光二极管22的发光面朝向光导1。所述第一发光二极管21、第二发光二极管22均安装于照明电路板3上。所述照明电路板3位于所述第一发光二极管21和第二发光二极管22的像方。所述照明电路板3上包含驱动第一发光二极管21、第二发光二极管22所需的电阻、电容等外围电子元器件。所述照明电路板3与本发明所应用的设备的主板具有电路连接，从而使得设备能够控制所述第一发光二极管21、第二发光二极管22。
综上所述，本发明的近摄照明器具有如下优势：
1、本发明的近摄照明器，能够为近距离拍摄提供明亮、均匀的照明，避免近距离照明时照明光直接进入成像镜头引起杂散光干扰。
2、本发明的近摄照明器，功能是为摄像头提供照明，使用时，本发明光导环绕摄像头模组，光导的物方端面超过摄像头模组的物方端面，优选超出的距离S11满足0.1 mm≤S11≤3mm，该结构有利于出光区域对摄像头模组物方的近距离区域进行照明，避免摄像头模组的外壳遮挡光导致其物方的近距离区域的中心区域照明不足；优选的，光导的出光区域超出摄像头模组的部分包含一个锥面或环面，该结构有利于引导照明光由出光区域出射后射向摄像头模组的物方，避免有大量照明光未照射向摄像头模组的物方的物体而是直接进入摄像头模组从而引起杂散光干扰成像。
3、本发明的近摄照明器，其光导具有独特的构造，光导的物方端面可包含倒角、圆角、弧形凸起，也可包含台阶；光导可为中空圆柱体、中空矩形体、中空锥体或其他中空三维形体，也可为环绕摄像头模组分布的多个分离的形体。
4、本发明的近摄照明器，小型光源的设置带来了更明亮、均匀的照明，小型光源位于光导的像侧、外侧或内侧；小型光源为发光器件，小型光源选用发光二极管(lightemitting diode，LED)或激光二极管(LASER diode，LD)；小型光源的数量为2～4个；当存在多个小型光源时，小型光源环绕摄像头模组；当存在多个小型光源，小型光源等间隔分布环绕摄像头模组。
以下提出采用了前述近摄照明器的近摄成像设备的具体方案。
如图11-14所示，本发明提供一种近摄成像设备，
包含摄像头模组4和前述的近摄照明器；
所述摄像头模组4包括镜头模块10、外壳20、底板30和感光芯片600。
所述镜头模块10中包含透镜组及其所需的支撑机械结构。
所述外壳20用于固定所述镜头模块10和所述底板30；优选的，外壳20选用金属或塑料材质。
所述底板30与所述外壳20相固定，且所述底板30上安装有感光芯片600。所述底板30用于提供机械支撑和电路连接。所述底板30上印制有电路，必要时包含配合感光芯片600工作的电子元件。
所述感光芯片600为面阵型光电探测器，优选的，感光芯片600为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
所述镜头模块10的透镜组为适用于近距离成像(包括但不限于微距成像和显微成像)的镜头。具体而言，所述镜头模块10进行成像时，光轴上物点到镜头模块10的物方主面的距离小于40mm时的聚焦像点的均方差半径小于光轴上物点位于无穷远处时的聚焦像点的均方差半径。
所述镜头模块10沿着光轴的物侧至像侧依次包括：第一透镜组100、光圈300、第二透镜组200。
所述第一透镜组100和第二透镜组200均为正光焦度；所述第一透镜组100的物方通光口径大于其像方通光口径，所述第二透镜组200的物方通光口径小于其像方通光口径；所述第一透镜组100和第二透镜组200均为由两片及两片以上透镜组成的透镜组，且均包含非球面透镜。所述第一透镜组100和第二透镜组200中透镜的材料为透明塑料或玻璃。
所述镜头模块10和所述感光芯片600的感光面的位置关系满足如下条件：
0.5f200<Sima<1.5f200 (公式1)；
其中f200为第二透镜组200的焦距，即第二透镜组的像方主面2001到第二透镜组的像方焦面2002的距离，Sima为感光芯片600的感光面到第二透镜组的像方主面2001 的距离，如图12所示。
所述第一透镜组100的像方介质和第二透镜组200物方介质可为空气、塑料或玻璃以及其他透明材质。
当所述第一透镜组100的像方介质和所述第二透镜组200的物方介质为空气时，所述光圈300位于所述第一透镜组100或所述第二透镜组200的表面，或其物方、像方的空气介质中。
当所述第一透镜组100的像方介质和所述第二透镜组200的物方介质为包括塑料或玻璃在内的透明材质；此时，所述第一透镜组100和所述第二透镜组200有共同的一片透镜，该透镜的物方的所有透镜和该透镜的物方表面构成第一透镜组100，该透镜的像方表面和其像方的所有透镜构成第二透镜组200；所述光圈300位于该透镜的表面或该透镜的透明介质内。这种第一透镜组100和第二透镜组200共用一片透镜的情形，可减少一片透镜数量，使得镜头模块10的结构更紧凑，从而利于小型化。
作为第一类结构，如图11所示，必要时，感光芯片前方还有滤光片400。优选的，滤光片400为红外滤光片。具体地讲，所述近摄成像设备还包括滤光片400；所述滤光片400安装在所述感光芯片600的物方侧，固定于所述外壳20上。
当镜头模块10和感光芯片600之间还包含滤光片400时，滤光片400作为平板型光学元件，会影响镜头模块10的像方光学参数，第二透镜组的像方主面2001到第二透镜组的像方焦面2002位置为考虑所述滤光片400的折射效应之后的位置。
对于有调焦需要的场合，所述近摄成像设备还包括调焦马达；所述调焦马达为音圈马达或超声波马达。所述调焦马达用于使镜头模块10相对于外壳20运动。
如图13所示，所述近摄成像设备还包括磁铁1001、前弹簧垫1002、后弹簧垫1003、线圈1004；所述磁铁1001和线圈1004构成所述调焦马达；所述磁铁1001固定于所述外壳20的内壁，所述前弹簧垫1002和后弹簧垫1003用于限制所述镜头模块10的移动位置，所述线圈1004与所示镜头模块10的外壁固定。此时所述镜头模块10具备调焦功能。
当所述镜头模块10具备调焦功能时，经调焦马达调焦后，所述镜头模块10和感光芯片600的位置关系也满足公式1。
作为第二类结构，如图14所示，所述近摄成像设备不具备调焦功能，所述镜头模块10与所述感光芯片600之间的距离为定值；不同规格的所述近摄成像设备产生系列不同的定值，但均满足公式1。
优选地，当所述近摄成像设备不具备调焦功能时，所述镜头模块10和所述感光芯片600的感光面的位置关系满足如下条件：
Sima＝f200(公式2)。
下面进一步详细介绍本发明的近摄成像设备。
如图15所示，本发明提供一种近距离成像用微型成像镜头，其中：沿着一光轴的物侧至像侧依序包括：第一透镜组100、光圈300、第二透镜组200。
所述第一透镜组100和第二透镜组200均为正光焦度；所述第一透镜组100的物方通光口径大于其像方通光口径，所述第二透镜组200的物方通光口径小于其像方通光口径；所述第一透镜组100的焦距f100≤40mm，所述第二透镜组200的焦距f200≤20 mm；
在使用时，待摄物体500与所述第一透镜组100的物方主面的距离od100小于第一透镜组100的焦距的2倍，即
od100<2f100 (关系式1)；
且所述第二透镜组(200)的像方主面到像面的距离id200小于所述第二透镜组200的焦距的两倍，即
id200<2f200 (关系式2)；
在上述两式确定的条件下，针对近距离成像，尤其是超近距离成像时，所述第二透镜组200的像方表面到所述探测器600的距离能够显著减小，即有利于减小总光学筒长，便于设备的小型化。
且所述第一透镜组100的像方数值孔径(numerical aperture)NAimg100、所述第二透镜组200的物方数值孔径NAobj200满足如下条件：
0<NAimg100，NAobj200<0.05 (关系式3)。
待摄物体500经第一透镜组100和第二透镜组200成像后，最终成像到探测器600的光敏面上。进一步，当存在波长选择要求时，第二透镜组200和探测器600的光敏面之间还包括滤光片400。由于在第一透镜组100和第二透镜组200之间的空间中的光束的数值孔径较小，便于减小制造和装配误差对光束的质量影响，因此该设计有利于提高生产时的良品率。所述第二透镜组200至少存在一个透镜，其像方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后其坡度(指该曲面与子午面相交形成的曲线的切线与光轴的夹角的反正切值的绝对值)减小，该设计有利于在大视场角的情况下抑制离轴视场的像差，尤其是抑制像散和场曲，以提升本发明在物方视场较大的情况下的成像质量。
所述光圈300为能够限定通光孔径的物理实体。定义第一透镜组100外侧为整个镜头的物方，第二透镜组的外侧为整个镜头的像方。所述光圈300位于第一透镜组100和第二透镜组200之间，有利于对成像中的畸变(distortion)和色差(chromatic aberration)进行校正。
所述光圈300到所述第一透镜组100的边缘沿光轴方向的距离sd100满足关系式：
sd100<f100 (关系式4)；
所述光圈300到所述第二透镜组200的边缘沿光轴方向的距离sd200满足关系式：
sd200<f200 (关系式5)。
当光圈300与第一透镜组100和第二透镜组200的距离满足关系式4和关系式5所表达的关系时，有利于减小大视场成像情况下光线在第一透镜组100的像方表面和第二透镜组200的物方表面上的光线高度(即光线与表面的交点到光轴的距离)，从而便于减小第一透镜组100和第二透镜组200的直径，有便于小型化且减少加工成本(大直径透镜加工成本高)；进一步，也便于所述第一透镜组100的像方的第一个透镜和第二透镜组200的物方的第一个透镜进行低阶球差的校正，从而提高成像质量。综上，本发明的有益效果为：提出了一种由第一透镜组100、光圈300和第二透镜组200组成的三明治结构的镜头，能有效降低近距离成像时的像差，尤其是畸变和色差。满足前面所述的结构特征和参数关系式的镜头，能有效减少镜头的直径，减小镜头尺寸和降低加工难度和加工成本，并能有效减少有镜头和探测器组成的结构的总光学筒长。
本发明中，所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜；所述第一透镜组100沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜。第一透镜组100和第二透镜组200各自的数量可以自由组合，不同的结构设置也可以自由自合；第一透镜组 100和/或第二透镜组200具有整体轴向调节装置；进一步地，第一透镜组100和/或第二透镜组200中至少有一个透镜具有其单独轴向调节装置。
所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜有如下四种设置方式：
第一种第二透镜组：倒数第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；最后一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
第二种第二透镜组：倒数第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；最后一片透镜的物方表面为凸面，像方表面为凹面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最小、越离轴厚度越大的区域。
第三种第二透镜组：倒数第二片透镜的物方表面为凹面，像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；最后一片透镜的物方表面为凹面，像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
第四种第二透镜组：倒数第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；最后一片透镜的物方表面为凸面，像方表面为凹面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域。
各种第二透镜组中：所述最后一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点。
所述第一透镜组100沿着光轴的物侧至像侧依序设置的前两片透镜有如下三种设置方式：
第一种第一透镜组：第一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
第二种第一透镜组：第一片透镜的物方表面为凹面，像方表面为凸面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域；第二片透镜的物方表面为凸面，像方表面为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
第三种第一透镜组：第一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；第二片透镜的物方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
各种第一透镜组中所述第一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点。
所有镜头都有其适用的物距范围。本发明较好工作的一种情形是，物面500位于第一透镜组100的物方焦面，探测器600的光敏面位于第二透镜组200的像方焦面。当第二透镜组200之后还包含滤光片400时，第二透镜组200的像方焦面是考虑滤光片400 的折射效应后的实际焦面。在此情况下，物面500上的一个物点发出的光经第一透镜组 100后的出射光近似为准直光，该准直光经第二透镜组200聚焦后在探测器600的光敏面上形成一物点。当物面500不处于上述理想位置时，需要进一步进行对焦，既可通过调整本发明所述第一透镜组100和第二透镜组200的整体相对于探测器600的距离来进行对焦，也可通过调整本发明所述第一透镜组100或第二透镜组200的其中之一来进行对焦。
本发明所述镜头中的透镜，可为玻璃、塑料或其他透光材料。当使用塑料材料时，可以有效减少重量和成本。透镜的透光表面可为非球面，从而获得更多的像差校正的自由度，从而更好的校正像差。且本发明所述第二透镜组200至少存在一个透镜其像方表面为非球面，其过镜头光轴的剖面构成的曲线包含反曲点，即改变了曲面的凹凸性，该设计有利于在大视场角的情况下抑制离轴视场的像差，以提升本发明在物方视场较大的情况下的成像质量。
本发明所述光圈300置于镜头中部，所谓镜头中部是指光圈的物方和像方均含透镜。这种光圈设置方法称为光圈中置。光圈中置有助于提升视场角，且对畸变和色差有较好抑制作用。优选地，所述近距离成像用微型成像镜头是用于便携式电子产品的微型成像镜头。
进一步，本发明所述镜头包含机械外壳作为封装，并与马达、面阵光电探测器(例如CMOS图像传感器等)等组成成像模组，可用于手机、平板电脑、可穿戴设备(例如智能手环、智能手表等)、小型相机(例如运动相机等)等电子产品，实现近距离成像功能，甚至可实现显微成像功能。
以下提出本发明的具体实施例。
<第一实施例>
本发明第一实施例如图16所示。所述第一透镜组100包含4片透镜，所述第二透镜组200包含5片透镜。上述9片透镜均为非球面透镜。非球面透镜的面型由曲线方程表示如下(非球面由该曲线绕光轴回转而成)：
其中：
X：非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上焦点的切面的相对距离；
Y：非球面曲线上的点与光轴的垂直距离；
r：曲率半径；
k：圆锥系数；
Ai：第i阶非球面系数。
本实施例中的透镜各面参数如图22和图23所示。
图22中曲率半径r、厚度t等长度型物理量的单位均为毫米；表面1到表面18依次为本发明由物方到像方的各个表面，面19到面20为滤光片。图23中A2到A14为前述2到14阶非球面系数。
本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点，像方表面为非球面，为凹面；第二片透镜的物方表面为非球面，且靠近光轴处为凸面，像方表面为凹面，第二片透镜整体上呈现为中心比四周厚；第三片透镜的物方表面也为凹面，但凹陷程度弱于第一片透镜的物方表面，像方表面为凹面，物方表面和像方表面均为非球面；第四片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。
本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面；第三片透镜的物方表面的中心为凸面，然后离轴位置出现一个凹面，像方表面中心为凹面，然后离轴位置出现一个凸面；第四片透镜的物方表面为较为平坦的非球面，像方表面为非球面的凸面；最后一片透镜的物方表面为非球面的凹面，其像方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点。
本实施例所展示的镜头，在±30°视场角情况下，可获得0.15以上的物方数值孔径，且在全视场范围内大部分区域斯特列尔比可高于0.9，有较好成像质量。
<第二实施例>
本发明第二实施例如图17所示。所述第一透镜组100包含4片透镜，所述第二透镜组200包含4片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图24和图25所示，变量定义与前述类似，不再赘述。
本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点，像方表面为非球面，为凹面；第二片透镜的物方表面为非球面，且靠近光轴处为凸面，像方表面为凹面，第二片透镜整体上呈现为中心比四周厚；第三片透镜的物方表面也为凹面，但凹陷程度弱于第一片透镜的物方表面，像方表面为凹面，物方表面和像方表面均为非球面；第四片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。
本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面，其中物方表面凹陷程度大于像方表面，且像方表面在离轴位置有反曲点；第三片透镜的物方表面的中心为凹面，像方表面为非球面的凸面；最后一片透镜的物方表面为非球面的凸面，其像方表面为非球面的凹面，且中心厚度小于离轴位置的厚度。
本实施例相比第一实施例，其放大率更小，适用于需要更小放大率的场合。
<第三实施例>
本发明的第三实施例如图18所示，第一透镜组100包含3片透镜，第二透镜组200包含4片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图26和图27所示，变量定义与前述类似，不再赘述。
本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点，像方表面为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面为非球面的凸面，像方表面为非球面的凹面；第三片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。
本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面；第三片透镜的物方表面的中心为凸面，然后离轴位置出现一个凹面，像方表面中心为凹面，然后离轴位置出现一个凸面；第四片透镜的物方表面为较为平坦的非球面，像方表面为非球面的凸面；最后一片透镜的物方表面为非球面的凹面，其像方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点。
本实施例透镜片数较少，可减少成本，但广角性能弱于之前实施例。
<第四实施例>
本发明的第四实施例如图19所示，第一透镜组100包含5片透镜，第二透镜组200包含6片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图28和图29所示，变量定义与前述类似，不再赘述。
本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点，像方表面为非球面的凹面；第二片透镜的物方表面为非球面，且靠近光轴处为凸面，像方表面为较为平坦的非球面凹面，第二片透镜整体上呈现为中心比四周厚；第三片透镜的物方表面也为非球面的凹面，但凹陷程度弱于第一片透镜的物方表面，像方表面为非球面的凸面；第四片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面；最后一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。
本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面为非球面的凸面，像方表面为非球面的凹面；第三片透镜的物方表面的中心为凸面，然后离轴位置出现一个凹面，像方表面中心为凹面，然后离轴位置出现一个凸面；第四片透镜的物方表面为较为平坦的非球面，像方表面为非球面的凸面；第五片透镜的物方表面为非球面的凹面，其像方表面为非球面的凸面；最后一片透镜，物方表面靠近光轴处为凹面，像方表面为较为平坦的非球面，中心呈现为轻微的凸面。
本实施例采用更多片数透镜以矫正像差，可获得良好的广角性能，尤其是±30°视场角内畸变小于0.7％(如图20所示)，这对于广角成像来说非常优异。
<第五实施例>
本发明的第五实施例如图21所示，第一透镜组100包含3片透镜，第二透镜组200包含3片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图30和图31所示，变量定义与前述类似，不再赘述。
本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点，像方表面为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面为非球面的凸面，像方表面为非球面的凹面；第三片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。
本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面，第二片透镜的物方表面为非球面的凹面，像方表面为非球面的凸面；第三片透镜的物方表面中心为非球面的凸面，像方表面中心为非球面的凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点。
本实施例镜片数量较少，便于降低成本，但平场性能有所下降。
综上所述，本发明的近摄成像设备具有如下优势：
1、现有技术中，感光芯片的感光面位于镜头的焦面上；存在调焦功能时，感光芯片的感光面在调焦范围内位于镜头的一倍焦距到两倍焦距所确定的两个平面之间。本发明的近摄成像设备与现有技术不同，镜头与感光芯片的位置关系满足关系式，该构造有利于减少在近距离成像时镜头的像方端面到感光芯片的距离，避免采用增距方式实现近距离拍照，利于结构的小型化。
2、如前所述，本发明的近摄成像设备的构造可避免通过增距方式实现近距离拍照，从而使模组的结构更加紧凑，减少像方空气介质的总厚度从而避免浪费空间。在此基础上，节省下来的空间可用于在镜头中增加镜片数量，从而使得镜头获得更加丰富的像差校正自由度，以实现更高的光学分辨率和更低的畸变。
3、本发明的近摄成像设备中，镜头包含第一透镜组和第二透镜组，构造成复合显微镜的结构，此时第一透镜组等效为物镜，该结构有利于在近距离成像下获取优秀的成像质量。
4、本发明的近摄成像设备中，镜头中光圈位于中间位置，光圈中置的构造有利于减少成像时的横向色差，也有利于实现大视场角成像。
5、本发明的近摄成像设备中，在成像过程中，镜头的第一透镜组处于物距小像距大的状态，第二透镜组处于物距大像距小的状态，此时第一透镜组和第二透镜组相互之间存在安装误差时，安装误差尤其是距离误差远小于第一透镜组的像距和第二透镜组的物距，从而使得安装误差对成像质量的影响较小，有利于减少成像质量对安装误差的敏感度，从而获取较高的良品率。
6、传统微型镜头多为照相镜头，针对物距远大于像距的情况所设计，不适用于近距离的微距和显微成像；本发明的近摄成像设备，提出了一种由第一透镜组、光圈和第二透镜组组成的三明治结构的镜头构型，能在小型化的情况下获取较高的近距离成像效果，能有效降低近距离成像时的像差，尤其是畸变和色差。满足本发明的的结构特征和参数关系式的镜头，能有效减少镜头的直径，减小镜头尺寸和降低加工难度和加工成本，并能有效减少有镜头和探测器组成的结构的总光学筒长。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种近摄照明器，其特征在于：包括光导(1)、小型光源(2)和照明电路板(3)；
所述光导(1)为透明或半透明材料，所述光导(1)环绕设置在摄像头模组(4)的外围，所述光导(1)的后端与所述摄像头模组(4)存在部分长度投影叠合，且所述光导(1)的物方端面向前超过所述摄像头模组(4)的物方端面，所述光导(1)的物方端面包含出光区域(11)；
所述小型光源(2)设置在所述光导(1)背向其物方端面的后方；
所述照明电路板(3)为印制电路板，与所述小型光源(2)具备电路连接。
2.如权利要求1所述的近摄照明器，其特征在于：
所述光导(1)的物方端面向前超过所述摄像头模组(4)的物方端面的距离S11满足0.1mm≤S11≤3mm。
3.如权利要求2所述的近摄照明器，其特征在于：
所述光导(1)的物方端面的法向平行于所述摄像头模组(4)的光轴。
4.如权利要求2所述的近摄照明器，其特征在于：
所述光导(1)的物方端面包含一个向所述摄像头模组(4)倾斜的倒角；
倒角的内侧端至少平齐所述摄像头模组(4)的物方端面，倒角的外侧端向前超过所述摄像头模组(4)的物方端面的距离即为所述S11。
5.如权利要求4所述的近摄照明器，其特征在于：
所述光导(1)的物方内径小于其像方内径，即所述光导(1)半包裹住所述摄像头模组(4)的物方端面。
6.如权利要求2所述的近摄照明器，其特征在于：
所述光导(1)的物方端面包含一个向所述摄像头模组(4)倾斜的圆角；
圆角的内侧端至少平齐所述摄像头模组(4)的物方端面，圆角的外侧端向前超过所述摄像头模组(4)的物方端面的距离即为所述S11；
或者，所述光导(1)的物方端面包含一个倾向所述摄像头模组(4)的阶梯；
阶梯的内侧端至少平齐所述摄像头模组(4)的物方端面，阶梯的外侧端向前超过所述摄像头模组(4)的物方端面的距离即为所述S11；
或者，所述光导(1)的物方端面包含一个弧形凸起；
弧形凸起内后端至少平齐所述摄像头模组(4)的物方端面，弧形凸起的最前端向前超过所述摄像头模组(4)的物方端面的距离即为所述S11。
7.如权利要求2所述的近摄照明器，其特征在于：
所述光导(1)为中空圆柱体、中空矩形体、中空锥体或为环绕所述摄像头模组(4)分布的多个分离的形体；
当所述光导(1)为中空锥体时，其物方锥径小于像方锥径；所述光导(1)的物方端面与所述摄像头模组(4)的物方端面呈一个钝角。
8.如权利要求2所述的近摄照明器，其特征在于：
所述小型光源(2)位于所述光导(1)的像方端面，所述小型光源(2)的发光面朝向所述光导(1)的物方；
或者，所述小型光源(2)位于所述光导(1)的外侧，所述小型光源(2)的发光面向内侧朝向所述光导(1)；
或者，所述小型光源(2)包含在所述光导(1)的像方端内部，所述小型光源(2)的发光面朝向所述光导(1)的物方。
9.如权利要求2所述的近摄照明器，其特征在于：
所述照明电路板(3)集成于所述近摄照明器所应用的设备的主板上，作为设备主板的一部分，并受设备主板上的控制器所控制；
或者，所述照明电路板(3)集成于所述摄像头模组(4)的电路板上，与摄像头模组(4)构成一个整体；
或者，所述照明电路板(3)为独立的电路板，与所述近摄照明器所应用的设备的主板通过连接器构成电路连接。
10.一种近摄成像设备，其特征在于：
包含摄像头模组(4)和如权利要求1-9任一项所述的近摄照明器；
所述摄像头模组(4)包括镜头模块(10)、外壳(20)、底板(30)和感光芯片(600)；
所述外壳(20)用于固定所述镜头模块(10)和所述底板(30)；
所述底板(30)上安装有所述感光芯片(600)；
光轴上物点到镜头模块(10)的物方主面的距离小于40mm时的聚焦像点的均方差半径小于光轴上物点位于无穷远处时的聚焦像点的均方差半径；
所述镜头模块(10)沿着光轴的物侧至像侧依次包括：第一透镜组(100)、光圈(300)、第二透镜组(200)；
所述第一透镜组(100)和第二透镜组(200)均为正光焦度；所述第一透镜组(100)的物方通光口径大于其像方通光口径，所述第二透镜组(200)的物方通光口径小于其像方通光口径；
所述镜头模块(10)和所述感光芯片(600)的感光面的位置关系满足如下条件：
0.5f200<Sima<1.5f200 (公式1)
其中f200为第二透镜组(200)的焦距，即第二透镜组的像方主面(2001)到第二透镜组的像方焦面(2002)的距离，Sima为感光芯片(600)的感光面到第二透镜组的像方主面(2001)的距离。
11.如权利要求10所述的近摄成像设备，其特征在于：
所述摄像头模组还包括滤光片(400)；
所述滤光片(400)安装在所述感光芯片(600)的物方侧，固定于所述外壳(20)上；
第二透镜组的像方主面(2001)到第二透镜组的像方焦面(2002)位置为考虑所述滤光片(400)的折射效应之后的位置。
12.如权利要求10所述的近摄成像设备，其特征在于：
所述摄像头模组还包括调焦马达；
所述调焦马达用于使镜头模块(10)相对于外壳(20)运动，在所述镜头模块(10)的调焦范围内，公式1均成立。
13.如权利要求12所述的近摄成像设备，其特征在于：
所述调焦马达为音圈马达或超声波马达。
14.如权利要求12所述的近摄成像设备，其特征在于：
所述摄像头模组还包括磁铁(1001)、前弹簧垫(1002)、后弹簧垫(1003)、线圈(1004)；
所述磁铁(1001)和线圈(1004)构成所述调焦马达；
所述磁铁(1001)固定于所述外壳(20)的内壁，所述前弹簧垫(1002)和后弹簧垫(1003)用于限制所述镜头模块(10)的移动位置，所述线圈(1004)与所示镜头模块(10)的外壁固定。
15.如权利要求10所述的近摄成像设备，其特征在于：
所述摄像头模组不具备调焦功能，所述镜头模块(10)与所述感光芯片(600)之间的距离为定值；
不同规格的所述摄像头模组产生系列不同的定值，但均满足公式1。
16.如权利要求15所述的近摄成像设备，其特征在于：
当所述摄像头模组不具备调焦功能时，所述镜头模块(10)和所述感光芯片(600)的感光面的位置关系满足如下条件：
Sima＝f200 (公式2)。
17.如权利要求10所述的近摄成像设备，其特征在于：
所述第一透镜组(100)的像方介质和所述第二透镜组(200)的物方介质为空气；
所述光圈(300)位于所述第一透镜组(100)或所述第二透镜组(200)的表面，或其物方、像方的空气介质中。
18.如权利要求10所述的近摄成像设备，其特征在于：
所述第一透镜组(100)的像方介质和所述第二透镜组(200)的物方介质为包括塑料或玻璃在内的透明材质；
此时，所述第一透镜组(100)和所述第二透镜组(200)有共同的一片透镜，该透镜的物方的所有透镜和该透镜的物方表面构成第一透镜组(100)，该透镜的像方表面和其像方的所有透镜构成第二透镜组(200)；
所述光圈(300)位于该透镜的表面或该透镜的透明介质内。
19.如权利要求10所述的近摄成像设备，其特征在于：
所述摄像头模组是用于便携式电子产品的摄像头模组。
20.如权利要求10-19任一项所述的近摄成像设备，其特征在于：
所述第一透镜组(100)的焦距f100≤40mm，所述第二透镜组(200)的焦距f200≤20mm；
在使用时，待摄物体(500)与所述第一透镜组(100)的物方主面的距离od100小于第一透镜组100的焦距的2倍，即
od100<2f100；
且所述第二透镜组(200)的像方主面到像面的距离id200小于所述第二透镜组(200)的焦距的两倍，即
id200<2f200；
且所述第一透镜组(100)的像方数值孔径NAimg100、所述第二透镜组(200)的物方数值孔径NAobj200满足如下条件：
0<NAimg100，NAobj200<0.05。
21.如权利要求20所述的近摄成像设备，其特征在于：
所述光圈(300)到所述第一透镜组(100)的边缘沿光轴方向的距离sd100满足关系式：
sd100<f100；
所述光圈(300)到所述第二透镜组(200)的边缘沿光轴方向的距离sd200满足关系式：
sd200<f200。
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