CN111175946B - 一种高分辨率手机镜头光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高分辨率手机镜头光学系统，包括沿入射光路自前向后依次设置的光阑、具有正光焦度的弯月型第一透镜、具有负光焦度的弯月型第二透镜、具有正光焦度的弯月型第三透镜、具有负光焦度的第四透镜和滤光片；第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜前、后镜面均采用扩展奇次非球面，并且非球面的面型方程为：
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE004
为顶点的曲率半径；
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE006
为二次曲面圆锥系数；
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE008
为幂级数和的项数；
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE010
为径向的光线坐标；
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE012
为标准化径向坐标；
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE014
为
Figure 232525DEST_PATH_IMAGE012
的第
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE016
次幂的系数。本发明高分辨率手机镜头光学系统具有结构简单、大视场角、大接收孔径及高成像质量，并且具有较宽松的公差，便于加工和装调等特点。

Description

一种高分辨率手机镜头光学系统
技术领域
本发明涉及一种高分辨率手机镜头光学系统，属于成像镜头系统设计技术领域。
背景技术
由于手机给人们生活带来了许多的便捷，因此目前已经成为人们生活中不可或缺的一部分；另外，随着高端手机的不断推出，手机的照相功能是衡量高端手机品质的一个重要衡量目标，同时它也成为了现在人们关注的一个焦点。追求高像素、高像质的拍照效果，是目前人群的主要追求之一。但是，现在市场上的手机镜头基本上都存在视场角小、体积大、成像质量差等问题，尤其是在光线不足的情况下成像差的问题，因此设计出一款视场角大、结构简单、大接收孔径及高分辨率的手机镜头系统是目前手机制造行业中亟需解决的问题。然而，随着非球面被广泛应用到光学系统设计来校正系统像差，以及CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）图像传感器技术的不断提高，为制造出高分辨率、高成像质量的手机镜头提供了基础条件。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构简单、大视场角、大接收孔径及高成像质量的高分辨率手机镜头光学系统
本发明采用以下方案实现：一种高分辨率手机镜头光学系统，包括沿入射光路自前向后依次设置的光阑、具有正光焦度的弯月型第一透镜、具有负光焦度的弯月型第二透镜、具有正光焦度的弯月型第三透镜、具有负光焦度的第四透镜和滤光片；第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜前、后镜面均采用扩展奇次非球面，并且非球面的面型方程为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
为顶点的曲率半径；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为二次曲面圆锥系数；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
为幂级数和的项数；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为径向的光线坐标；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
为标准化径向坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为
Figure 342953DEST_PATH_IMAGE006
的第
Figure DEST_PATH_IMAGE009
次幂的系数。
进一步的，所述第一透镜和第二透镜之间的空气间隔为0.437mm，第二透镜和第三透镜之间的空气间隔为0.086mm，第三透镜和第四透镜之间的空气间隔为0.171mm，第四透镜和滤光片之间的空气间隔为0.497mm，滤光片和像面之间的空气间隔为0.325mm。
进一步的，所述第一透镜材料为光学塑料，其折射率为1.5348，阿贝数为65.86，中心厚度为0.583mm；所述第二透镜材料为光学塑料，其折射率为1.6714，阿贝数为19.25，中心厚度为0.517mm；所述第三透镜材料为光学塑料，其折射率为1.6097，阿贝数为60.88，中心厚度为0.912mm；所述第四透镜材料为光学塑料，其折射率为1.7091，阿贝数为47.88，中心厚度为0.493mm；所述滤光片折射率为1.5168，阿贝数为64.17，厚度为0.180mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明高分辨率手机镜头光学系统将扩展奇次非球面来设计光学面引入到手机镜头光学系统设计中，这样相比于球面光学面增加了系统优化设计的自由度，从而能够更好地实现系统的像差校正，尤其是系统在大孔径成像情况下带来的高阶像差，使得系统在光线不足时的成像性能也较好；具有结构简单、大视场角、大接收孔径及高成像质量，并且具有较宽松的公差，便于加工和装调等特点。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例手机镜头光学系统的结构图；
图2是本发明实施例手机镜头光学系统的调制传递函数（MTF）曲线图；
图3是本发明实施例手机镜头光学系统的畸变(F-Theta)曲线图；
图4是本发明实施例手机镜头光学系统的相对照度曲线图；
图5是本发明实施例手机镜头光学系统的光路图。
图中标号说明：1-第一透镜；2-第二透镜；3-第三透镜；4-第四透镜；5-滤光片、S1、S2分别为第一透镜的前、后光学面；S3、S4分别第二透镜的前、后光学面；S5、S6分别为第三透镜的前、后光学面；S7、S8分别为第四透镜的前、后光学面；S9、S10分别为第五透镜的前、后光学面。
具体实施方式
如图1~5所示，一种高分辨率手机镜头光学系统，包括沿入射光路自前向后依次设置的光阑、具有正光焦度的弯月型第一透镜、具有负光焦度的弯月型第二透镜、具有正光焦度的弯月型第三透镜、具有负光焦度的第四透镜和滤光片；第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜前、后镜面均采用扩展奇次非球面，非球面采用标准化极坐标的幂级数和的前N=30项进行设计，并且非球面的面型方程为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
，
上式中，第一项表达式与标准二次曲面面型相似，第二项表达式是标准化极坐标的幂级数和。其中，
Figure 246711DEST_PATH_IMAGE002
为顶点的曲率半径；
Figure 10137DEST_PATH_IMAGE003
为二次曲面圆锥系数；
Figure 343029DEST_PATH_IMAGE004
为幂级数和的项数；
Figure 547615DEST_PATH_IMAGE005
为径向的光线坐标；
Figure 573339DEST_PATH_IMAGE006
为标准化径向坐标；
Figure 496165DEST_PATH_IMAGE007
为
Figure 902524DEST_PATH_IMAGE006
的第
Figure 509085DEST_PATH_IMAGE009
次幂的系数。
本发明镜头光学系统中各个光学面的二次曲面圆锥系数
Figure 892662DEST_PATH_IMAGE003
及标准化极坐标的幂级数和的前30项的各项系数
Figure 381412DEST_PATH_IMAGE007
见下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
将扩展奇次非球面来设计光学面引入到手机镜头光学系统设计中，这样相比于球面光学面增加了系统优化设计的自由度，从而能够更好地实现系统的像差校正，尤其是系统在大孔径成像情况下带来的高阶像差，使得系统在光线不足时的成像性能也较好。
在本实施例中，所述第一透镜和第二透镜之间的空气间隔为0.437mm，第二透镜和第三透镜之间的空气间隔为0.086mm，第三透镜和第四透镜之间的空气间隔为0.171mm，第四透镜和滤光片之间的空气间隔为0.497mm，滤光片和像面之间的空气间隔为0.325mm。
在本实施例中，所述第一透镜材料为光学塑料，其折射率为1.5348，阿贝数为65.86，中心厚度为0.583mm；所述第二透镜材料为光学塑料，其折射率为1.6714，阿贝数为19.25，中心厚度为0.517mm；所述第三透镜材料为光学塑料，其折射率为1.6097，阿贝数为60.88，中心厚度为0.912mm；所述第四透镜材料为光学塑料，其折射率为1.7091，阿贝数为47.88，中心厚度为0.493mm；所述滤光片折射率为1.5168，阿贝数为64.17，厚度为0.180mm。
如图2给出了本发明手机镜头光学系统在截止空间频率为112 lp/mm情况下的调制传递函数（MTF）的曲线图，从图2中可以得出在全视场角为52.8°的情况下的MTF值大于0.65，全视场角为66°的情况下的MTF值大于0.54，并且它们的子午和弧矢方向的MTF值比较接近，说明该手机镜头系统成像质量较好，具有非常高的分辨率；图3为手机镜头系统的畸变曲线图，从图3中可以看出全视场范围内的F-Tan(theta)畸变不大于2%，畸变非常小；图4为手机镜头系统的相对照度曲线，从图4中可以得出全视场范围内的相对照度均大于0.5。
本发明镜头光学系统的可视场角为66°，总焦距为2.751mm，F/#值为2.5，总长度为4.202mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm；可以使得镜头具有结构简单、大视场角、大接收孔径及高成像质量，并且具有较宽松的公差，便于加工和装调等特点，解决目前手机镜头存在视场角小、体积大、成像质量差等问题，尤其是在光线不足的情况下成像差的问题。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高分辨率手机镜头光学系统，其特征在于：包括沿入射光路自前向后依次设置的光阑、具有正光焦度的弯月型第一透镜、具有负光焦度的弯月型第二透镜、具有正光焦度的弯月型第三透镜、具有负光焦度的第四透镜和滤光片；所述第一透镜和第二透镜之间的空气间隔为0.437mm，第二透镜和第三透镜之间的空气间隔为0.086mm，第三透镜和第四透镜之间的空气间隔为0.171mm，第四透镜和滤光片之间的空气间隔为0.497mm，滤光片和像面之间的空气间隔为0.325mm；第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜前、后镜面均采用扩展奇次非球面，并且非球面的面型方程为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为顶点的曲率半径；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为二次曲面圆锥系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为幂级数和的项数；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为径向的光线坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为标准化径向坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为
Figure 617153DEST_PATH_IMAGE012
的第
Figure DEST_PATH_IMAGE016
次幂的系数。
2.根据权利要求1所述的高分辨率手机镜头光学系统，其特征在于：所述第一透镜材料为光学塑料，其折射率为1.5348，阿贝数为65.86，中心厚度为0.583mm；所述第二透镜材料为光学塑料，其折射率为1.6714，阿贝数为19.25，中心厚度为0.517mm；所述第三透镜材料为光学塑料，其折射率为1.6097，阿贝数为60.88，中心厚度为0.912mm；所述第四透镜材料为光学塑料，其折射率为1.7091，阿贝数为47.88，中心厚度为0.493mm；所述滤光片折射率为1.5168，阿贝数为64.17，厚度为0.180mm。
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