CN111025544A - 摄像光学镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学镜头领域,公开了一种摄像光学镜头,该摄像光学镜头自物侧至像侧依序包含:具有正屈折力的第一透镜,具有正屈折力的第二透镜,具有正屈折力的第三透镜,以及具有负屈折力的第四透镜;满足下列关系式:2.50≤f1/f≤5.00;‑10.00≤(R3+R4)/(R3‑R4)≤‑3.00;0.70≤f3/f≤1.00;3.00≤d1/d2≤8.00;8.00≤d5/d6≤15.00。该摄像光学镜头能获得高成像性能的同时,满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头领域,特别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-Oxide Semiconductor 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。为获得较佳的成像品质,传统搭载于手机相机的镜头多采用三片式透镜结构。然而,随着技术的发展以及用户多样化需求的增多,在感光器件的像素面积不断缩小,且系统对成像品质的要求不断提高的情况下,四片式透镜结构逐渐出现在镜头设计当中,常见的四片式透镜虽然已经具有较好的光学性能,但是其光焦度、透镜间距和透镜形状设置仍然具有一定的不合理性,导致透镜结构无法满足具有良好光学性能的同时,满足大光圈、超薄化的设计要求。
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,能在获得高成像性能的同时,满足大光圈、超薄化和广角化的要求。
为解决上述技术问题,本发明的实施方式提供了一种摄像光学镜头,所述摄像光学镜头,自物侧至像侧依序包含:具有正屈折力的第一透镜,具有正屈折力的第二透镜,具有正屈折力的第三透镜以及具有负屈折力的第四透镜;
所述第一透镜的焦距为f1,所述摄像光学镜头的焦距为f,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,所述第三透镜的焦距为f3,所述第一透镜的轴上厚度为d1,所述第一透镜的像侧面到第二透镜的物侧面的轴上距离为d2,所述第三透镜的轴上厚度为d5,所述第三透镜的像侧面到所述第四透镜的物侧面的轴上距离为d6,满足下列关系式:
2.50≤f1/f≤5.00;
-10.00≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-3.00;
0.70≤f3/f≤1.00;
3.00≤d1/d2≤8.00;
8.00≤d5/d6≤15.00。
优选的,所述第四透镜物侧面的曲率半径为R7,所述第四透镜像侧面的曲率半径为R8,满足下列关系式:
3.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤8.00。
优选的,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,所述摄像光学镜头的光学总长为TTL,且满足下列关系式:
-50.68≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1.84;
0.08≤d1/TTL≤0.36。
优选的,所述第二透镜的焦距为f2,所述第一透镜的轴上厚度为d3,且满足下列关系式:
1.07≤f2/f≤8.83;
0.03≤d3/TTL≤0.16。
优选的,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:
0.97≤(R5+R6)/(R5-R6)≤5.20;
0.08≤d5/TTL≤0.27。
优选的,所述第四透镜的焦距为f4,所述第四透镜的轴上厚度为d7,且满足下列关系式:
-6.22≤f4/f≤-0.67;
0.02≤d7/TTL≤0.13。
优选的,所述第一透镜与所述第二透镜的组合焦距为f12,满足下列关系式:
0.82≤f12/f≤2.76。
优选的,所述摄像光学镜头的光圈F数小于或等于1.51。
优选的,所述摄像光学镜头的光学总长TTL小于或等于4.96毫米优选的,所述摄像光学镜头的像高为IH,TTL/IH≤3.38。
本发明的有益效果在于:根据本发明的摄像光学镜头具有优秀的光学特性,且具有大光圈、广角化、超薄化的特性,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。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的摄像光学镜头的结构示意图;
图2是图1所示摄像光学镜头的场曲及畸变示意图;
图3是本发明第二实施方式的摄像光学镜头的结构示意图;
图4是图3所示摄像光学镜头的场曲及畸变示意图;
图5是本发明第三实施方式的摄像光学镜头的结构示意图;
图6是图5所示摄像光学镜头的场曲及畸变示意图。
具体实施方式
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。
(第一实施方式)
参考附图,本发明提供了一种摄像光学镜头10。图1所示为本发明第一实施方式的摄像光学镜头10,该摄像光学镜头10包括五个透镜。具体的,所述摄像光学镜头10,由物侧至像侧依序包括:光圈S1、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4。第四透镜L4和像面Si之间可设置有光学过滤片(filter)GF等光学元件。
所述第一透镜L1、所述第二透镜L2、所述第三透镜L3、所述第四透镜L4均为塑料材质。
定义第一透镜L1的焦距为f1,所述摄像光学镜头10的焦距为f,2.50≤f1/f≤5.00,规定了第一透镜L1焦距与系统总焦距的比值,可以有效地平衡系统的球差以及场曲量。
定义所述第二透镜L2物侧面的曲率半径为R3,所述第二透镜L2像侧面的曲率半径为R4,-10.00≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-3.00,规定了第二透镜L2的形状,在条件式规定范围内,可以缓和光线经过镜片的偏折程度,有效减小像差。
定义第三透镜L3的焦距为f3,0.70≤f3/f≤1.00,规定了第三透镜L3焦距与总焦距的比值,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。
定义所述第一透镜L1的轴上厚度为d1,所述第一透镜L1的像侧面到所述第二透镜L2的物侧面的轴上距离为d2,3.00≤d1/d2≤8.00,规定了第一透镜L1厚度与第一透镜L1、第二透镜L2空气间隔的比值,在条件式范围内有助于压缩光学系统总长,实现超薄化效果。
定义所述第三透镜L3的轴上厚度为d5,所述第三透镜L1的像侧面到所述第四透镜L4的物侧面的轴上距离为d6,8.00≤d5/d6≤15.00,规定了第三透镜厚度与第三第四透镜空气间隔的比值,在条件式范围内有助于压缩光学系统总长,实现超薄化效果。
定义所述第四透镜L4物侧面的曲率半径为R7,所述第四透镜L4像侧面的曲率半径为R8,3.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤8.00,规定了第四透镜L4的形状,在此范围外时,随着超薄广角化的发展,有利于补正轴外画角的像差。优选的,3.01≤(R7+R8)/(R7-R8)≤7.98。
定义所述摄像光学镜头10的光学总长为TTL。
当本发明所述摄像光学镜头10的焦距、各透镜的焦距、相关透镜的折射率、摄像光学镜头的光学总长、轴上厚度和曲率半径满足上述关系式时,可以使摄像光学镜头10具有高性能,且满足低TTL的设计需求。
本实施方式中,第一透镜L1的物侧面于近轴处为凸面,像侧面于近轴处为凹面,具有正屈折力。
第一透镜L1物侧面的曲率半径R1,第一透镜L1像侧面的曲率半径R2,满足下列关系式:-50.68≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1.84,规定了第一透镜L1的形状,在条件式规定范围内时,随着镜头向超薄广角化发展,有利于补正轴上色像差问题。优选的,-31.67≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-2.31。
第一透镜L1的轴上厚度为d1,满足下列关系式:0.08≤d1/TTL≤0.36,有利于实现超薄化。优选的,0.13≤d1/TTL≤0.29。
本实施方式中,第二透镜L2的物侧面于近轴处为凸面,像侧面于近轴处为凹面,具有正屈折力。
第二透镜L2的焦距为f2,满足下列关系式:1.07≤f2/f≤8.83,通过将第二透镜L2的正光焦度控制在合理范围,有利于矫正光学系统的像差。优选的,满足1.71≤f2/f≤7.06。
第二透镜L2的轴上厚度为d3,满足下列关系式:0.03≤d3/TTL≤0.16,有利于实现超薄化。优选的,0.04≤d3/TTL≤0.13。
本实施方式中,第三透镜L3的物侧面于近轴处为凹面,像侧面于近轴处为凸面,具有正屈折力。
第三透镜L3物侧面的曲率半径R5,第三透镜L3像侧面的曲率半径R6,满足下列关系式:0.97≤(R5+R6)/(R5-R6)≤5.20,规定了第三透镜L3的形状,在条件式规定范围内,可以缓和光线经过镜片的偏折程度,有效减小像差。优选的,1.55≤(R3+R4)/(R3-R4)≤4.16。
第三透镜L3的轴上厚度为d5,满足下列关系式:0.08≤d5/TTL≤0.27,有利于实现超薄化。优选的,0.12≤d5/TTL≤0.21。
本实施方式中,第四透镜L4的物侧面于近轴处为凸面,像侧面于近轴处为凹面,具有负屈折力。
第四透镜L4焦距f4,满足下列关系式:-6.22≤f4/f≤-0.67,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。优选的,-3.89≤f4/f≤-0.84。
第四透镜L4的轴上厚度为d7,满足下列关系式:0.02≤d7/TTL≤0.13,有利于实现超薄化。优选的,0.04≤d7/TTL≤0.11。
定义所述第一透镜L1与所述第二透镜L2的组合焦距为f12,满足下列关系式:0.82≤f12/f≤2.76,在条件式范围内,可消除所述摄像光学镜头10的像差与歪曲,且可压制摄像光学镜头10后焦距,维持影像镜片系统组小型化。优选的,1.32≤f12/f≤2.20。
本实施方式中,摄像光学镜头10的光圈F数小于或等于1.51。大光圈,成像性能好。
本实施方式中,摄像光学镜头10的光学总长TTL小于或等于4.96毫米,有利于实现超薄化。优选的,摄像光学镜头10的光学总长TTL小于或等于4.77毫米。
本实施方式中,定义摄像光学镜头10的像高为IH,TTL/IH≤3.38,有利于实现超薄化。
如此设计,能够使得整体摄像光学镜头10的光学总长TTL尽量变短,维持小型化的特性。
下面将用实例进行说明本发明的摄像光学镜头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。
值得一提的是,由于构成本实施方式的摄像光学透镜10的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4具有如前所述的结构和参数关系,因此,摄像光学镜头10能够合理分配各透镜的光焦度、面型以及各透镜的轴上厚度等,并因此校正了各类像差,实现了在具有良好光学成像性能的同时,满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求。
此外,本申请的摄像光学镜头为TOF(Time of flight)接受端镜头,TOF技术原理为发射端镜头发射红外面光源,照射到物体反射回来,接受端镜头接受反射回来的红外光信息,此过程实现了3D识别过程。本申请的摄像光学镜头的工作波段范围为920nm-960nm。
TTL:摄像光学镜头的光学总长,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】
其中,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:光学过滤片GF的物侧面的曲率半径;
R10:光学过滤片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的像侧面到第五透镜L5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:光学过滤片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:光学过滤片GF的阿贝数。
表2示出本发明第一实施方式的摄像光学镜头10中各透镜的非球面数据。
【表2】
其中,k是圆锥系数,A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18、A20是非球面系数。
IH:像高
y=(x2/R)/[1+{1-(k+1)(x2/R2)}1/2]+A4x4+A6x6+A8x8+A10x10+A12x12+A14x14+A16x16+A18x18+A20x20 (1)
为方便起见,各个透镜面的非球面使用上述公式(1)中所示的非球面。但是,本发明不限于该公式(1)表示的非球面多项式形式。
表3、表4示出本发明第一实施方式的摄像光学镜头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。
【表3】
反曲点个数 | 反曲点位置1 | 反曲点位置2 | 反曲点位置3 | |
P1R1 | 1 | 0.805 | ||
P1R2 | 1 | 0.285 | ||
P2R1 | 3 | 0.455 | 0.945 | 1.175 |
P2R2 | 1 | 0.585 | ||
P3R1 | 2 | 0.545 | 1.005 | |
P3R2 | 1 | 0.885 | ||
P4R1 | 2 | 0.605 | 1.555 | |
P4R2 | 2 | 0.635 | 1.905 |
【表4】
驻点个数 | 驻点位置1 | 驻点位置2 | |
P1R1 | |||
P1R2 | 1 | 0.485 | |
P2R1 | 1 | 0.715 | |
P2R2 | 1 | 0.955 | |
P3R1 | |||
P3R2 | 1 | 1.275 | |
P4R1 | 2 | 1.235 | 1.765 |
P4R2 | 1 | 1.475 |
图2示出了波长为940nm的光经过第一实施方式的摄像光学镜头10后的场曲及畸变示意图,图2的场曲S是弧矢方向的场曲,T是子午方向的场曲。
后出现的表13示出各实例1、2、3中各种数值与条件式中已规定的参数所对应的值。
如表13所示,第一实施方式满足各条件式。
在本实施方式中,所述摄像光学镜头的入瞳直径为1.667mm,全视场像高为2.000mm,对角线方向的视场角为78.00°,广角、超薄,其轴上、轴外色像差充分补正,且具有优秀的光学特征。
(第二实施方式)
第二实施方式与第一实施方式基本相同,符号含义与第一实施方式相同,以下只列出不同点。
表5、表6示出本发明第二实施方式的摄像光学镜头20的设计数据。
【表5】
表6示出本发明第二实施方式的摄像光学镜头20中各透镜的非球面数据。
【表6】
表7、表8示出本发明第二实施方式的摄像光学镜头20中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。
【表7】
【表8】
驻点个数 | 驻点位置1 | |
P1R1 | ||
P1R2 | 1 | 0.745 |
P2R1 | 1 | 0.515 |
P2R2 | 1 | 0.555 |
P3R1 | ||
P3R2 | ||
P4R1 | 1 | 1.715 |
P4R2 | 1 | 1.735 |
图4示出了波长为940nm的光经过第二实施方式的摄像光学镜头20后的场曲及畸变示意图。
如表13所示,第二实施方式满足各条件式。
在本实施方式中,所述摄像光学镜头的入瞳直径为1.807mm,全视场像高为2.000mm,对角线方向的视场角为71.32°,广角、超薄,其轴上、轴外色像差充分补正,且具有优秀的光学特征。
(第三实施方式)
第三实施方式与第一实施方式基本相同,符号含义与第一实施方式相同,以下只列出不同点。
表9、表10示出本发明第三实施方式的摄像光学镜头30的设计数据。
【表9】
表10示出本发明第三实施方式的摄像光学镜头30中各透镜的非球面数据。
【表10】
表11、表12示出本发明第三实施方式的摄像光学镜头30中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。
【表11】
反曲点个数 | 反曲点位置1 | 反曲点位置2 | 反曲点位置3 | |
P1R1 | 1 | 1.045 | ||
P1R2 | 1 | 0.365 | ||
P2R1 | 1 | 0.425 | ||
P2R2 | 1 | 0.515 | ||
P3R1 | 2 | 0.815 | 1.035 | |
P3R2 | 1 | 0.915 | ||
P4R1 | 3 | 0.585 | 1.055 | 1.895 |
P4R2 | 1 | 0.595 |
【表12】
驻点个数 | 驻点位置1 | |
P1R1 | ||
P1R2 | 1 | 0.745 |
P2R1 | 1 | 0.735 |
P2R2 | 1 | 0.955 |
P3R1 | ||
P3R2 | ||
P4R1 | ||
P4R2 | 1 | 1.935 |
图6示出了波长为940nm的光经过第三实施方式的摄像光学镜头30后的场曲及畸变示意图。
以下表13按照上述条件式列出了本实施方式中对应各条件式的数值。显然,本实施方式的摄像光学系统满足上述的条件式。
在本实施方式中,所述摄像光学镜头的入瞳直径为2.086mm,全视场像高为2.000mm,对角线方向的视场角为63.12°,广角、超薄,其轴上、轴外色像差充分补正,且具有优秀的光学特征。
【表13】
其中,FNO为摄像镜头的光圈F数。
本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本发明的具体实施方式,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种摄像光学镜头,其特征在于,所述摄像光学镜头,自物侧至像侧依序包含:具有正屈折力的第一透镜,具有正屈折力的第二透镜,具有正屈折力的第三透镜以及具有负屈折力的第四透镜;
所述第一透镜的焦距为f1,所述摄像光学镜头的焦距为f,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,所述第三透镜的焦距为f3,所述第一透镜的轴上厚度为d1,所述第一透镜的像侧面到第二透镜的物侧面的轴上距离为d2,所述第三透镜的轴上厚度为d5,所述第三透镜的像侧面到所述第四透镜的物侧面的轴上距离为d6,满足下列关系式:
2.50≤f1/f≤5.00;
-10.00≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-3.00;
0.70≤f3/f≤1.00;
3.00≤d1/d2≤8.00;
8.00≤d5/d6≤15.00。
2.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述第四透镜物侧面的曲率半径为R7,所述第四透镜像侧面的曲率半径为R8,满足下列关系式:
3.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤8.00。
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,所述摄像光学镜头的光学总长为TTL,且满足下列关系式:
-50.68≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1.84;
0.08≤d1/TTL≤0.36。
4.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述第二透镜的焦距为f2,所述第一透镜的轴上厚度为d3,且满足下列关系式:
1.07≤f2/f≤8.83;
0.03≤d3/TTL≤0.16。
5.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:
0.97≤(R5+R6)/(R5-R6)≤5.20;
0.08≤d5/TTL≤0.27。
6.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述第四透镜的焦距为f4,所述第四透镜的轴上厚度为d7,且满足下列关系式:
-6.22≤f4/f≤-0.67;
0.02≤d7/TTL≤0.13。
7.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述第一透镜与所述第二透镜的组合焦距为f12,满足下列关系式:
0.82≤f12/f≤2.76。
8.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F数小于或等于1.51。
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学总长TTL小于或等于4.96毫米。
10.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像高为IH,TTL/IH≤3.38。
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