CN111142221A

CN111142221A - 摄像光学镜头

Info

Publication number: CN111142221A
Application number: CN201911335802.7A
Authority: CN
Inventors: 谈梦科
Original assignee: Ruisheng Communication Technology Changzhou Co Ltd
Current assignee: AAC Communication Technologies Changzhou Co Ltd; Ruisheng Communication Technology Changzhou Co Ltd
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2020-05-12
Anticipated expiration: 2039-12-23
Also published as: CN111142221B

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，由物侧至像侧依序包括：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，以及具有负屈折力第四透镜；摄像光学镜头整体的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第二透镜物侧面的曲率半径为R3，第二透镜像侧面的曲率半径为R4，第三透镜物侧面的曲率半径为R5，第三透镜像侧面的曲率半径为R6，第一透镜的轴上厚度为d1，且满足下列关系式：1.50≤f1/f≤3.50；2.50≤f2/f≤5.00；5.00≤(R5+R6)/(R5‑R6)≤12.00；0.20≤d1/f≤0.30；‑3.00≤(R3+R4)/(R3‑R4)≤‑1.00。该摄像光学镜头能在具有良好光学性能的同时，满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求。

Description

摄像光学镜头

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-OxideSemiconductor 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、广角化、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，其在具有良好光学性能的同时，满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求。

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，由物侧至像侧依序包括：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，以及具有负屈折力第四透镜；

所述摄像光学镜头整体的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，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，所述第一透镜的轴上厚度为d1，且满足下列关系式：1.50≤f1/f≤3.50；2.50≤f2/f≤5.00；5.00≤(R5+R6)/(R5-R6)≤12.00；0.20≤d1/f≤0.30；-3.00≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-1.00。

优选地，所述第四透镜的焦距为f4，且满足下列关系式：-5.00≤f4/f≤-3.00。

优选地，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，且满足下列关系式：4.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤10.00。

优选地，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，所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL，且满足下列关系式：-15.60≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1.53；0.07≤d1/TTL≤0.29。

优选地，所述第二透镜的轴上厚度为d3，所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL，且满足下列关系式：0.06≤d3/TTL≤≤0.26。

优选地，所述第三透镜的焦距为f3，所述第三透镜的轴上厚度为d5，所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL，且满足下列关系式：0.52≤f3/f≤2.94；0.05≤d5/TTL≤0.27。

优选地，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：0.03≤d7/TTL≤0.27。

优选地，所述摄像光学镜头的像高为IH，所述摄像光学镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：TTL/IH≤2.20。

优选地，所述摄像光学镜头的光圈F数为FNO，且满足下列关系式：FNO≤1.40。

优选地，所述摄像光学镜头的视场角为FOV，且满足下列关系式：FOV≥72°。

本发明的有益效果在于：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、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中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包括四个透镜。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。所述第四透镜L4和像面Si之间可设置有光学过滤片(filter)GF等光学元件。

本实施方式中，第一透镜L1具有正屈折力；第二透镜L2具有正屈折力；第三透镜L3具有正屈折力，第四透镜L4具有负屈折力。

在本实施方式中，定义所述摄像光学镜头10的焦距为f，所述第一透镜L1的焦距为f1，所述第二透镜L2的焦距为f2，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，所述第三透镜L3物侧面的曲率半径为R5，所述第三透镜L3像侧面的曲率半径为R6，所述第一透镜L1的轴上厚度为d1，满足下列关系式：

1.50≤f1/f≤3.50 (1)

2.50≤f2/f≤5.00 (2)

5.00≤(R5+R6)/(R5-R6)≤12.00 (3)

0.20≤d1/f≤0.30 (4)

-3.00≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-1.00 (5)

条件式(1)规定了第一透镜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。

条件式(2)规定了第二透镜焦距与系统总焦距的比值，对光学系统的像差进行校正，进而提升成像品质。

条件式(3)规定了第三透镜的形状，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。

条件式(4)规定了第一透镜厚度与系统总焦距的比值，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。

条件式(5)规定了第二透镜的形状，在此条件范围内时，有利于补正轴上色像差。

定义所述摄像光学镜头10的焦距为f，所述第四透镜L4的焦距为f4，满足下列关系式：-5.00≤f4/f≤-3.00，规定了第四透镜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，满足下列关系式：4.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤10.00，规定了第四透镜的形状，在此范围外时，随着超薄广角化的发展，很难补正轴外画角的像差等问题。

定义所述第一透镜L1物侧面的曲率半径为R1，所述第一透镜L2像侧面的曲率半径为R2，满足下列关系式：-15.60≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1.53，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。优选地，满足-9.75≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1.92。

所述第一透镜L1的轴上厚度为d1，所述摄像光学镜头10的光学总长为TTL，满足下列关系式：0.07≤d1/TTL≤0.29，在条件式范围内，有利于实现超薄化。优选地，满足0.11≤d1/TTL≤0.23。

定义所述第二透镜L2的轴上厚度为d3，所述摄像光学镜头10的光学总长为TTL，满足下列关系式：0.06≤d3/TTL≤≤0.26，在条件式范围内，有利于实现超薄化。优选地，满足0.10≤d3/TTL≤0.21。

定义所述摄像光学镜头10的焦距为f，所述第三透镜L3的焦距为f3，满足下列关系式：0.52≤f3/f≤2.94，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。优选地，满足0.84≤f3/f≤2.35。

所述第三透镜L3的轴上厚度为d5，所述摄像光学镜头10的光学总长为TTL，满足下列关系式：0.05≤d5/TTL≤0.27，在条件式范围内，有利于实现超薄化。优选地，0.08≤d5/TTL≤0.22。

定义所述第四透镜L4的轴上厚度为d7，所述摄像光学镜头10的光学总长为TTL，满足下列关系式：0.03≤d7/TTL≤0.27，在条件式范围内，有利于实现超薄化。优选地，0.04≤d7/TTL≤0.22。

本实施方式中，所述摄像光学镜头10的像高为IH，所述摄像光学镜头10的光学总长为TTL，满足下列关系式：TTL/IH≤2.20，从而实现超薄化。

本实施方式中，所述摄像光学镜头10的光圈F数FNO小于或等于1.40，大光圈，成像性能好。

本实施方式中，所述摄像光学镜头10的视场角FOV大于或等于72°，从而实现广角化。

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、材料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: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。

图1是第一实施方式中摄像光学镜头10的结构示意图。

以下示出了本发明第一实施方式中摄像光学镜头10的设计数据。表1列出了本发明第一实施方式中构成摄像光学镜头10的第一透镜L1～第四透镜L4的物侧以及像侧曲率半径R、透镜的中心厚度、透镜间的距离d、折射率nd及阿贝数vd。表2示出了摄像光学镜头10的圆锥系数k与非球面系数。需要说明的是，本实施方式中，距离、半径和中心厚度的单位为毫米(mm)。

【表1】

上表中各符号的含义如下。

R：光学面的曲率半径、透镜时为中心曲率半径；

S1：光圈；

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：透镜的轴上厚度或相邻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：玻璃平板GF的轴上厚度；

d10：玻璃平板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示出了本发明第一实施方式提供的摄像光学镜头10的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是非球面系数。

IH：像高

y＝(x²/R)/{1+[1-(1+k)(x²/R²)]^1/2}+A4x⁴+A6x⁶+A8x⁸+A10x¹⁰+A12x¹²+A14x¹⁴+A16x¹⁶ (6)

需要说明的是，本实施方式中各透镜的非球面优选的使用下述条件式(6)所示的非球面，但是，下述条件式(6)的具体形式仅为一个示例，实际上，并不限于条件式(6)中表示的非球面多项式形式。

表3、表4示出本发明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、P2R2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
				P1R1	1	0.905
P1R2	1	0.535
				P2R1	2	0.415	1.045
P2R2	1	0.625
				P3R1	2	0.525	0.905
P3R2	1	0.805
				P4R1	2	0.555	1.325
P4R2	2	0.655	1.835

【表4】

	驻点个数	驻点位置1	驻点位置2
				P1R1	0
P1R2	1	0.805
				P2R1	1	0.625
P2R2	1	0.795
				P3R1	0
P3R2	1	1.145
				P4R1	2	1.105	1.485
P4R2	1	1.385

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示出了各实例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10的入瞳直径为2.158mm，全视场像高为1.96mm，对角线方向的视场角为78.20°，大光圈、广角、超薄，且具有优秀的光学特征。

(第二实施方式)

图3是第二实施方式中摄像光学镜头20的结构示意图，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示出了本发明第二实施方式的摄像光学镜头20的各透镜的非球面数据。

【表6】

表7、表8示出本发明实施例的摄像光学镜头20中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。

【表7】

	反曲点个数	反曲点位置1	反曲点位置2
				P1R1	0
P1R2	0
				P2R1	2	0.445	0.875
P2R2	2	0.595	1.115
				P3R1	2	0.495	0.905
P3R2	2	0.815	1.155
				P4R1	1	0.525
P4R2	2	0.705	1.775

【表8】

	驻点个数	驻点位置1	驻点位置2
				P1R1	0
P1R2	0
				P2R1	2	0.665	0.985
P2R2	1	0.755
				P3R1	0
P3R2	0
				P4R1	1	0.985
P4R2	1	1.385

图4则示出了波长为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。图4的场曲S是弧矢方向的场曲，T是子午方向的场曲。

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20的入瞳直径为1.827mm，全视场像高为1.96mm，对角线方向的视场角为79.20°，大光圈、广角、超薄，且具有优秀的光学特征。

(第三实施方式)

图5是第三实施方式中摄像光学镜头30的结构示意图，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示出了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示出了本发明第三实施方式的摄像光学镜头30的各透镜的非球面数据。

【表10】

表11、表12示出本发明实施例的摄像光学镜头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
				P1R1	0
P1R2	1	0.605
				P2R1	2	0.355	1.005
P2R2	2	0.395	1.165
				P3R1	1	1.125
P3R2	2	1.115	1.325
				P4R1	1	0.755
P4R2	1	0.725

【表12】

	驻点个数	驻点位置1
			P1R1	0
P1R2	1	0.885
			P2R1	1	0.565
P2R2	1	0.615
			P3R1	0
P3R2	0
			P4R1	1	1.625
P4R2	1	1.665

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。图6的场曲S是弧矢方向的场曲，T是子午方向的场曲。

如表13所示,第三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30的入瞳直径为2.022mm，全视场像高为1.96mm，对角线方向的视场角为72.40°，大光圈、广角、超薄，且具有优秀的光学特征。

以下表13按照上述条件式列出了第一实施方式、第二实施方式和第三实施方式中对应各条件式的数值，以及其他相关参数的取值。

【表13】

参数及条件式	实施例1	实施例2	实施例3
				f1/f	2.35	1.50	3.50
f2/f	2.92	2.50	5.00
				(R5+R6)/(R5-R6)	5.43	5.00	11.95
d1/f	0.26	0.30	0.20
				(R3+R4)/(R3-R4)	-1.36	-1.00	-3.00
f	2.438	2.284	2.830
				f1	5.717	3.426	9.900
f2	7.122	5.710	14.147
				f3	3.961	4.474	2.969
f4	-8.193	-6.852	-14.147
				f12	3.427	2.437	6.079
Fno	1.13	1.25	1.40

其中，Fno为摄像光学镜头的光圈F数，f12为第一透镜L1与第二透镜L2的组合焦距。

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

1.一种摄像光学镜头，其特征在于，所述摄像光学镜头，由物侧至像侧依序包括：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，以及具有负屈折力第四透镜；

所述摄像光学镜头整体的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，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，所述第一透镜的轴上厚度为d1，且满足下列关系式：

1.50≤f1/f≤3.50；

2.50≤f2/f≤5.00；

5.00≤(R5+R6)/(R5-R6)≤12.00；

0.20≤d1/f≤0.30；

-3.00≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-1.00。

2.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，所述第四透镜的焦距为f4，且满足下列关系式：

-5.00≤f4/f≤-3.00。

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，且满足下列关系式：

4.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤10.00。

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，所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL，且满足下列关系式：

-15.60≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1.53；

0.07≤d1/TTL≤0.29。

5.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的轴上厚度为d3，所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL，且满足下列关系式：

0.06≤d3/TTL≤≤0.26。

6.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，所述第三透镜的焦距为f3，所述第三透镜的轴上厚度为d5，所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL，且满足下列关系式：

0.52≤f3/f≤2.94；

0.05≤d5/TTL≤0.27。

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：

0.03≤d7/TTL≤0.27。

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像高为IH，所述摄像光学镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：TTL/IH≤2.20。

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F数为FNO，且满足下列关系式：FNO≤1.40。

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视场角为FOV，且满足下列关系式：FOV≥72°。