CN111929818B

CN111929818B - 摄像光学镜头

Info

Publication number: CN111929818B
Application number: CN202010910966.4A
Authority: CN
Inventors: 刘韵杰
Original assignee: AAC Optics Suzhou Co Ltd
Current assignee: AAC Optics Suzhou Co Ltd
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2040-09-02
Also published as: JP2022042462A; WO2022047991A1; US20220066141A1; US11366292B2; CN111929818A; JP7023344B1

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括：具有正屈折力的第一透镜、具有负屈折力的第二透镜及具有正屈折力的第三透镜；摄像光学镜头整体的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第三透镜的焦距为f3，第一透镜的物侧面的曲率半径为R1，第一透镜的像侧面的曲率半径为R2，第二透镜的物侧面的曲率半径为R3，第二透镜的像侧面的曲率半径为R4，第三透镜的物侧面的曲率半径为R5，第三透镜的像侧面的曲率半径为R6，第二透镜的像侧面到第三透镜的物侧面的轴上距离为d4，第三透镜的轴上厚度为d5，且满足下列关系式：0.75≤f1/f≤0.95；1.20≤f3/f≤2.00；0≤(R1+R2)/(R1‑R2)≤0.80；‑3.50≤(R3+R4)/(R3‑R4)≤‑1.50；‑8.00≤(R5+R6)/(R5‑R6)≤‑2.50；1.50≤d5/d4≤4.00。本发明的摄像光学镜头具有大光圈、广角化、超薄化等良好的光学性能。

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-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。常见的三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，导致透镜结构在具有良好光学性能的同时，无法满足大光圈、超薄化、广角化的设计要求。

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、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，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、具有负屈折力的第二透镜及具有正屈折力的第三透镜；

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，所述第三透镜的焦距为f3，所述第一透镜的物侧面的曲率半径为R1，所述第一透镜的像侧面的曲率半径为R2，所述第二透镜的物侧面的曲率半径为R3，所述第二透镜的像侧面的曲率半径为R4，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，所述第一透镜的轴上厚度为d1，所述第一透镜的像侧面到所述第二透镜的物侧面的轴上距离为d2，所述第二透镜的像侧面到所述第三透镜的物侧面的轴上距离为d4，所述第三透镜的轴上厚度为d5，且满足下列关系式：

0.75≤f1/f≤0.95；

-1.20≤f2/f≤-0.93；

1.20≤f3/f≤2.00；

0≤(R1+R2)/(R1-R2)≤0.80；

-3.50≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-1.50；

-8.00≤(R5+R6)/(R5-R6)≤-2.50；

1.00≤d1/d2≤2.00；

1.50≤d5/d4≤4.00。

优选地，所述摄像光学镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：

0.08≤d1/TTL≤0.28。

优选地，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：

0.03≤d3/TTL≤0.15。

0.11≤d5/TTL≤0.44。

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≤1.84。

优选地，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：1.00≤f12/f≤3.92。

优选地，所述摄像光学镜头的视场角FOV大于或等于77.00°。

优选地，所述摄像光学镜头的光圈值FNO小于或等于2.54。

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。

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轴向像差示意图；

图3是图1所示摄像光学镜头的倍率色差示意图；

图4是图1所示摄像光学镜头的场曲及畸变示意图；

图5是本发明第二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轴向像差示意图；

图7是图5所示摄像光学镜头的倍率色差示意图；

图8是图5所示摄像光学镜头的场曲及畸变示意图；

图9是本发明第三实施方式的摄像光学镜头的结构示意图；

图10是图9所示摄像光学镜头的轴向像差示意图；

图11是图9所示摄像光学镜头的倍率色差示意图；

图12是图9所示摄像光学镜头的场曲及畸变示意图；

图13是本发明第四实施方式的摄像光学镜头的结构示意图；

图14是图13所示摄像光学镜头的轴向像差示意图；

图15是图13所示摄像光学镜头的倍率色差示意图；

图16是图13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包括三个透镜。具体的，所述摄像光学镜头10，由物侧至像侧依序包括：第一透镜L1、光圈S1、第二透镜L2、第三透镜L3。第三透镜L3与像面Si之间设有玻璃平板GF，玻璃平板GF可以是玻璃盖板，也可以是光学过滤片。

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

在本实施方式中，第一透镜L1为塑料材质，第二透镜L2为塑料材质，第三透镜L3为塑料材质。

在此，定义摄像光学镜头10整体的焦距为f，第一透镜L1的焦距为f1，第三透镜L3的焦距为f3，第一透镜L1的物侧面的曲率半径为R1，第一透镜L1的像侧面的曲率半径为R2，第二透镜L2的物侧面的曲率半径为R3，第二透镜L2的像侧面的曲率半径为R4，第三透镜L3的物侧面的曲率半径为R5，第三透镜L3的像侧面的曲率半径为R6，第二透镜L2的像侧面到第三透镜L3的物侧面的轴上距离为d4，第三透镜L3的轴上厚度为d5，且满足下列关系式：

0.75≤f1/f≤0.95 （1）

1.20≤f3/f≤2.00 （2）

0≤(R1+R2)/(R1-R2)≤0.80 （3）

-3.50≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-1.50 （4）

-8.00≤(R5+R6)/(R5-R6)≤-2.50 （5）

1.50≤d5/d4≤4.00 （6）

其中，关系式（1）规定了第一透镜L1的焦距f1与摄像光学镜头10整体的焦距f的比值，在关系式范围内，可以有效地平衡系统的球差以及场曲量。

关系式（2）规定了第三透镜L3的焦距f3与摄像光学镜头10整体的焦距f的比值，通过焦距的合理分配，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1.23≤f3/f≤1.85。

关系式（3）规定了第一透镜L1的形状，在关系式规定范围内，可以缓和光线经过镜片的偏折程度，有效减小像差。优选地，满足0.05≤(R1+R2)/(R1-R2)≤0.78。

关系式（4）规定了第二透镜L2的形状，在此关系式范围内时，有利于补正轴上色像差。优选地，满足-3.42≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-1.65。

关系式（5）规定了第三透镜L3的形状，在此关系式范围内时，有利于补正轴外画角的像差。

关系式（6）规定了第三透镜L3的轴上厚度d5与第二、第三透镜之间的空气间隔d4的比值，在关系式范围内，有助于压缩光学系统总长，实现超薄化效果。

摄像光学镜头10整体的焦距为f，定义第二透镜L2的焦距为f2，且满足下列关系式：-1.20≤f2/f≤-0.93。该关系式规定了第二透镜L2的焦距f2与摄像光学镜头10整体的焦距f的比值，通过焦距的合理分配，使得摄像光学镜头10具有较佳的成像品质和较低的敏感性。

定义第一透镜L1的轴上厚度为d1，第一透镜L1的像侧面到第二透镜L2的物侧面的轴上距离为d2，且满足下列关系式：1.00≤d1/d2≤2.00。该关系式规定了第一透镜L1的轴上厚度d1与第一、第二透镜之间的空气间隔d2的比值，在关系式范围内有助于压缩光学系统总长，实现超薄化效果。

本实施方式中，第一透镜L1的物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凸面。

定义第一透镜L1的轴上厚度为d1，摄像光学镜头10的光学总长为TTL，满足下列关系式：0.08≤d1/TTL≤0.28。在关系式范围内，有利于实现超薄化。优选地，满足0.13≤d1/TTL≤0.22。

本实施方式中，第二透镜L2的物侧面于近轴处为凹面，其像侧面于近轴处为凸面。

摄像光学镜头10的光学总长为TTL，第二透镜L2的轴上厚度为d3，满足下列关系式：0.03≤d3/TTL≤0.15。在关系式范围内，有利于实现超薄化。优选地，满足0.06≤d3/TTL≤0.12。

本实施方式中，第三透镜L3的物侧面于近轴处为凸面，第三透镜L3的像侧面于近轴处为凹面。

摄像光学镜头10的光学总长为TTL，第三透镜L3的轴上厚度为d5，满足下列关系式：0.11≤d5/TTL≤0.44。在关系式范围内，有利于实现超薄化。优选地，满足0.18≤d5/TTL≤0.35。

本实施方式中，摄像光学镜头10的像高为IH，摄像光学镜头10的光学总长为TTL，且满足下列关系式：TTL/IH≤1.84，从而有利于实现超薄化。

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77.00°,从而实现广角化。

本实施方式中，所述摄像光学镜头的光圈值FNO小于或等于2.54，从而实现大光圈，摄像光学镜头成像性能好。

本实施方式中，摄像光学镜头10整体的焦距为f，定义第一透镜L1与第二透镜L2的组合焦距为f12，满足下列关系式：1.00≤f12/f≤3.92。在关系式范围内，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，满足1.60≤f12/f≤3.14。

此外，本实施方式提供的摄像光学镜头10中，各透镜的表面可以设置为非球面，非球面容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变数，用以消减像差，进而缩减透镜使用的数目，因此可以有效降低摄像光学镜头10的总长度。在本实施方式中，各个透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

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、超薄化的设计要求；根据该摄像光学镜头10的特性，该摄像光学镜头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。

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。

TTL：光学总长(第一透镜L1的物侧面到像面Si的轴上距离)，单位为mm；

光圈值FNO：是指摄像光学镜头的有效焦距和入瞳直径ENPD的比值。

另外，各透镜的物侧面和/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。

以下示出了图1所示的摄像光学镜头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～第三透镜L3的物侧面曲率半径和像侧面曲率半径R、各透镜的轴上厚度以及相邻两透镜间的距离d、折射率nd及阿贝数vd。需要说明的是，本实施方式中，R与d的单位均为毫米（mm）。

【表1】

其中，各符号的含义如下。

S1：光圈；

R：光学面中心处的曲率半径；

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：光学过滤片GF的物侧面的曲率半径；

R8：光学过滤片GF的像侧面的曲率半径；

d：透镜的轴上厚度、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的像侧面到光学过滤片GF的物侧面的轴上距离；

d7：光学过滤片GF的轴上厚度；

d8：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；

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；

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。

y=(x²/R)/{1+[1-(k+1)(x²/R²)]^1/2}+A4x⁴+A6x⁶+A8x⁸+A10x¹⁰+A12x¹²+A14x¹⁴+A16x¹⁶+A18x¹⁸ +A20x²⁰ （7）

其中，x是非球面曲线上的点与光轴的垂直距离，y是非球面深度(非球面上距离光轴为x的点，与相切于非球面光轴上顶点的切面两者间的垂直距离)。

为方便起见，各个透镜面的非球面使用上述公式(7)中所示的非球面。但是，本发明不限于该公式(7)表示的非球面多项式形式。

表3、表4示出本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。“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】

【表4】

另外，在后续的表17中，还列出了第一实施方式中各种数值与关系式中已规定的参数所对应的值。

如表17所示，第一实施方式满足各关系式。

图2、图3分别示出了波长为430nm、470nm、510nm、555nm、610nm和650nm的光经过第一实施方式的摄像光学镜头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的入瞳直径ENPD为0.904mm，全视场像高IH为1.814mm，对角线方向的视场角FOV为77.20°，摄像光学镜头10满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求，其轴上、轴外色像差被充分补正，且具有优秀的光学特征。

（第二实施方式）

图5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，以下列表中符号含义与第一实施方式相同，故对于相同的部分此处不再赘述。

表5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】

另外，在后续的表17中，还列出了第二实施方式中各种数值与关系式中已规定的参数所对应的值。

如表17所示，第二实施方式满足各关系式。

图6、图7分别示出了波长为430nm、470nm、510nm、555nm、610nm和650nm的光经过第二实施方式的摄像光学镜头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的光经过第二实施方式的摄像光学镜头20后的场曲及畸变示意图。

在本实施方式中，摄像光学镜头20的入瞳直径ENPD为0.904mm，全视场像高IH为1.814mm，对角线方向的视场角FOV为77.00°，摄像光学镜头20满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求，其轴上、轴外色像差被充分补正，且具有优秀的光学特征。

（第三实施方式）

图9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，以下列表中符号含义与第一实施方式相同，故对于相同的部分此处不再赘述。

表9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】

【表12】

另外，在后续的表17中，还列出了第三实施方式中各种数值与关系式中已规定的参数所对应的值。

如表17所示，第三实施方式满足各关系式。

图10、图11分别示出了波长为430nm、470nm、510nm、555nm、610nm和650nm的光经过第三实施方式的摄像光学镜头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的光经过第三实施方式的摄像光学镜头30后的场曲及畸变示意图。

在本实施方式中，摄像光学镜头30的入瞳直径ENPD为0.904mm，全视场像高IH为1.814mm，对角线方向的视场角FOV为78.60°，摄像光学镜头30满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求，其轴上、轴外色像差被充分补正，且具有优秀的光学特征。

（第四实施方式）

图13是第四实施方式中摄像光学镜头40的结构示意图，第四实施方式与第一实施方式基本相同，以下列表中符号含义与第一实施方式相同，故对于相同的部分此处不再赘述。

表13示出本发明第四实施方式的摄像光学镜头40的设计数据。

【表13】

表14示出本发明第四实施方式的摄像光学镜头40中各透镜的非球面数据。

【表14】

表15、表16示出本发明第四实施方式的摄像光学镜头40中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。

【表15】

【表16】

另外，在后续的表17中，还列出了第四实施方式中各种数值与关系式中已规定的参数所对应的值。

如表17所示，第四实施方式满足各关系式。

图14、图15分别示出了波长为430nm、470nm、510nm、555nm、610nm和650nm的光经过第四实施方式的摄像光学镜头40后的轴向像差以及倍率色差示意图。图16则示出了，波长为555nm的光经过第四实施方式的摄像光学镜头40后的场曲及畸变示意图。

在本实施方式中，摄像光学镜头40的入瞳直径ENPD为0.904mm，全视场像高IH为1.814mm，对角线方向的视场角FOV为77.80°，摄像光学镜头40满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求，其轴上、轴外色像差被充分补正，且具有优秀的光学特征。

以下表17根据上述关系式列出了第一实施方式、第二实施方式、第三实施方式及第四实施方式中对应关系式的数值，以及其他相关参数的取值。

【表17】

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，所述摄像光学镜头自物侧至像侧依序包括：具有正屈折力的第一透镜、具有负屈折力的第二透镜及具有正屈折力的第三透镜；

0.75≤f1/f≤0.95；

-1.20≤f2/f≤-0.90；

1.20≤f3/f≤2.00；

0≤(R1+R2)/(R1-R2)≤0.80；

-3.50≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-1.50；

-8.00≤(R5+R6)/(R5-R6)≤-2.50；

1.00≤d1/d2≤2.00；

1.50≤d5/d4≤4.00。

2.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，所述摄像光学镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：

0.08≤d1/TTL≤0.28。

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：

0.03≤d3/TTL≤0.15。

4.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为TTL，且满足下列关系式：

0.11≤d5/TTL≤0.44。

5.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≤1.84。

6.根据权利要求1所述的摄像光学镜头，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜的组合焦距为f12，满足下列关系式：1.00≤f12/f≤3.92。

7.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FOV大于或等于77.00°。

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值FNO小于或等于2.54。