CN111936907A - 一种光学镜头和光学设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种光学镜头和光学设备，透镜组、分光元件、滤光元件和成像传感器，分光元件和滤光元件设置于透镜组和成像传感器之间，透镜组包括自物侧至像侧沿光轴布置的具有正屈折力的第一透镜、具有负屈折力的第二透镜、具有正屈折力第三透镜、具有正屈折力的第四透镜，其中，第一透镜的焦距f₁，第二透镜的焦距f₂，第三透镜的焦距f₃，第四透镜的焦距f₄满足以下条件式：1<f₁<5，‑3<f₂<‑0.5，1<f₃<6.8，0.5<f₄<7。通过结合分光元件，可以保证光谱解析度并实现高光谱成像，使镜头具有体积小、视场角大的优点。

Description

一种光学镜头和光学设备

技术领域

本发明涉及光学镜头领域，并且特别涉及一种光学镜头及光学设备。

背景技术

高光谱成像技术将成像与光谱融合，深入了解物质本质，堆扫型或凝视型高光谱相机已被广泛应用于地质、农业、海洋、医学、军事、大气遥感等各个领域，而在手机领域的应用仍是空缺状态。

手机摄像能力是评判一部手机性能的重要指标之一，镜头体积越来越小型化、分辨率越来越高清化、sensor分辨率越来越高清化，然而，目前市面手机拍摄功能仅仅限于成像，不能与分光元件结合使用，实现高光谱技术，若将高光谱成像技术应用到手机上，捕捉到光谱维度信息，将会给手机带来全新的使用价值。

发明内容

本发明提出了一种光学镜头和光学设备。

根据本发明一方面，提出了一种光学镜头，该光学镜头包括透镜组、分光元件、滤光元件和成像传感器，分光元件和滤光元件设置于透镜组和成像传感器之间，透镜组包括自物侧至像侧沿光轴布置的具有正屈折力的第一透镜、具有负屈折力的第二透镜、具有正屈折力第三透镜、具有正屈折力的第四透镜，其中，第一透镜的焦距f₁，第二透镜的焦距f₂，第三透镜的焦距f₃，第四透镜的焦距f₄满足以下条件式：1<f₁<5，-3<f₂<-0.5，1<f₃<6.8，0.5<f₄<7。通过结合分光元件，可以保证光谱解析度并实现高光谱成像，使镜头具有体积小、视场角大的优点。

在进一步优选的实施例中，分光元件为基于法布里-珀罗干涉原理的分光片。利用基于法布里-珀罗干涉原理的分光片可以更好的与透镜组适配，保证高光谱成像的可行性。

在一些具体实施例中，第一透镜为双凸正透镜，第二透镜为负透镜，第三透镜为正透镜，第四透镜为正透镜。

在一些优选实施例中，第一透镜和第三透镜为玻璃透镜，第二透镜和第四透镜为塑料透镜。

在一些优选的实施例中，第一透镜的折射率₁，第二透镜的折射率₂，第三透镜的折射率n₃，第四透镜的折射率n₄满足以下条件式：1.6<n₁<2.0，1.5<n₂<1.8，1.5<n₃<1.8，1.4<n₄<1.7。

在一些进一步优选的实施例中，第一透镜的阿贝数₁，第二透镜的阿贝数₂，第三透镜的阿贝数V₃，第四透镜的阿贝数V₄满足以下条件式：30<V₁<50，20<V₂<40，40<V₃<60，40<V₄<60。

在一些优选实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜之间依次通过隔圈紧密装配。

根据本发明的另一方面，提出了一种光学设备，该光学设备搭载了如上述的光学镜头。

本发明通过在透镜组和成像传感器之间设置分光元件和滤光元件，并将透镜组设置为自物侧至像侧沿光轴依次包括具有正屈折力的第一透镜、具有负屈折力的第二透镜、具有正屈折力第三透镜、具有正屈折力的第四透镜，其中，第一透镜的焦距f₁，第二透镜的焦距f₂，第三透镜的焦距f₃，第四透镜的焦距f₄满足以下条件式：1<f₁<5，-3<f₂<-0.5，1<f₃<6.8，0.5<f₄<7。该光学镜头凭借分光元件和透镜组的适配，具有较佳的光谱解析度，并能够保证高光谱成像的可行性，可将其应用于手机上，用于捕捉光谱维度信息，极大提升了手机的使用价值。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是根据发明的一个实施例的光学镜头的结构示意图；

图2是根据本发明的一个具体的实施例的光学镜头的透镜结构示意图；

图3是根据本发明的一个具体的实施例的物距100mm时光学镜头调制传递函数曲线图；

图4是根据本发明的一个具体的实施例的物距无穷远时光学镜头调制传递函数曲线图；

图5是根据本发明的一个实施例的一种光学设备的示意图。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考附图，该附图形成详细描述的一部分，并且通过其中可实践本发明的说明性具体实施例来示出。对此，参考描述的图的取向来使用方向术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等。因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，为了图示的目的使用方向术语并且方向术语绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例或可以做出逻辑改变，而不背离本发明的范围。因此以下详细描述不应当在限制的意义上被采用，并且本发明的范围由所附权利要求来限定。

图1示出了根据本发明的实施例的光学镜头的结构示意图。如图1所示，该光学镜头自物侧至像侧依次包括透镜组1、滤光元件2、分光元件3和成像传感器4。滤光元件2可根据实际应用场景进行镀膜处理从而改变表面反射性，改变光线传播方向，分离光波，合成光波以实现滤光片光线的高透射率，滤掉多余光线。分光元件3基于不同的原理可以为光栅分光型、声光可调谐滤波分光型、棱镜分光型等。优选的，本发明采用基于法布里-珀罗干涉原理的分光片，可见到红外的连续光谱按一定步长被分光元件3分光，分出的所有波段均被镜头成像在成像传感器4上，运用光谱算法处理可以获得待测物的光谱信息，实现高光谱成像技术。

图2示出了根据本发明的实施例的光学镜头的透镜结构示意图。如图2所示，在透镜组1之前还设置有光阑5。透镜组1具体包括4个透镜。具体的，透镜组1由物侧至像侧依序包括：第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13和第四透镜14，第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13和第四透镜14之间依次通过隔圈紧密装配。

在具体的实施例中，镜头边缘视场的主光线入射FPI时与光轴的角度小于3°，满足FPI对光线入射角度的要求，保证一定光谱解析度，保证高光谱成像可行性。

在具体的实施例中，第一透镜11具有正屈折力，其物侧面近光轴处为凸面，第二透镜12具有负屈折力，其物侧面近光轴处为凹面，第三透镜13具有正屈折力，其物侧面近光轴处为凸面，第四透镜14具有正屈折力，其物侧面近光轴处为凸面。优选的，第一透镜具体设置为双凸正透镜，第二透镜具体设置为负透镜，第三透镜具体设置为正透镜，第四透镜具体设置为正透镜。该透镜组的设置使光学镜头具有超长景深，从可见到红外波段均有良好的分辨率。

在具体的实施例中，第一透镜的焦距₁，第二透镜的焦距₂，第三透镜的焦距₃，第四透镜的焦距f₄满足以下条件式：1<f₁<5，-3<f₂<-0.5，1<f₃<6.8，0.5<f₄<7。凭借该焦距的设置，可使整个模组结构更加紧凑、体积更小巧，易于集成至手机等光学设备上。

优选的，本发明的实施例中光学镜头的光学总长TTL≤4mm。整个镜头组结构紧凑，具有小型化的优点，易于集成至手机等小型镜头上，同时适配FPI对入射角度的要求，可以极大的提高光谱解析度。

在优选的实施例中，第一透镜11和第三透镜13的材质为玻璃，第二透镜12和第四透镜14的材质为塑料，使用玻璃材质的透镜可以提高透镜的光学性能，塑料材质的透镜可以极大的降低镜头的生产成本。应当认识到，第一透镜11和第三透镜13的材质也可以设置为塑料材质，第二透镜12和第四透镜14的材质亦可设置为玻璃，需要针对相应的成像需求相应的调节透镜的焦距和折射率等参数，同样可以实现本发明的技术效果。

在具体的实施例中，第一透镜的折射率₁，第二透镜的折射率₂，第三透镜的折射率n₃，第四透镜的折射率n₄满足以下条件式：1.6<n₁<2.0，1.5<n₂<1.8，1.5<n₃<1.8，1.4<n₄<1.7。借此，使得透镜可以基于不同材质进行选择，凭借合适的数据匹配，使光学镜头获得较佳的成像效果。

在具体的实施例中，第一透镜的阿贝数₁，第二透镜的阿贝数₂，第三透镜的阿贝数V₃，第四透镜的阿贝数V₄满足以下条件式：30<V₁<50，20<V₂<40，40<V₃<60，40<V₄<60。凭借阿贝数的合理配置，可以有效的抑制光学镜头成像时候的光学色差现象。

在具体的实施例中，第一透镜11和第三透镜13的表面可设置为球面，第二透镜12和第四透镜14透镜表面可设置为非球面，非球面可以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，因此可以有效降低本发明光学摄影镜组的总长度。应当认识到，可以根据镜头的实际长度要求，将第一透镜11和第三透镜13表面设置为非球面，从而减小镜头长度，亦或者设置多个球面透镜，拉长镜头的长度。

在优选的实施例中，表1、表2示出了本发明实施例的光学镜头的具体参数：

表1

其中，R1、R2为第一透镜11的物侧面、像侧面，R3、R4为第二透镜12的物侧面、像侧面，R5、R6为第三透镜13的物侧面、像侧面，R7、R8为第四透镜14的物侧面、像侧面。其他各符号的含义如下：

d₁：第一透镜11的光轴上的厚度；

d₂：第一透镜11的像侧面到第二透镜12的物侧面在光轴上的距离；

d₃：第二透镜12的光轴上的厚度；

d₄：第二透镜12的像侧面到第三透镜13的物侧面在光轴上的距离；

d₅：第三透镜13的光轴上的厚度；

d₆：第三透镜13的像侧面到第四透镜14的物侧面在光轴上的距离；

d₇：第四透镜14的光轴上的厚度；

d₈：第四透镜14像侧面到滤光片2在光轴上的距离；

n₁、n₂、n₃、n₄分别表示第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14的折射率。

表2示出了第二透镜12和第四透镜14的非球面数据：

表2

图3和图4是根据本发明的一个具体的实施例的物距100mm和物距无穷远时光学镜头调制传递函数曲线图；从图上可以看出该光学镜头的光谱解析度好，该光学镜头的视场角可达80°以上，拥有超长的拍摄景深。。

继续参照图5，其是绘示依照本发明实施例的一种光学设备的示意图。该光学设备是一智能手机20，包含取像装置10，取像装置10包含依据本发明的光学镜头(图未揭示，请配合参照图2所示的示意图)。

本发明通过在透镜组和成像传感器之间设置分光元件和滤光元件，并将透镜组设置为自物侧至像侧沿光轴依次包括具有正屈折力的第一透镜、具有负屈折力的第二透镜、具有正屈折力第三透镜、具有正屈折力的第四透镜，并使得第一透镜的焦距f₁，第二透镜的焦距f₂，第三透镜的焦距f₃，第四透镜的焦距f₄满足以下条件式：1<f₁<5，-3<f₂<-0.5，1<f₃<6.8，0.5<f₄<7。该光学镜头凭借分光元件和透镜组的适配，具有较佳的光谱解析度，并能够保证高光谱成像的可行性，可将其应用于手机上，通过手机对日常接触到物品随时随地拍摄，从成像和光谱维度分析，可对肉眼不能分辨的事物例如检测食品成分、是否变质等进行分析，不再依靠体积庞大的高光谱成像仪器，更具有便携性和实用性。

显然，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以作出对本发明的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本发明的权利要求及其等同形式的范围内，则本发明还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。

Claims (8)

1.一种光学镜头，其特征在于，包括透镜组、分光元件、滤光元件和成像传感器，所述分光元件和所述滤光元件设置于所述透镜组和成像传感器之间，所述透镜组包括自物侧至像侧沿光轴布置的具有正屈折力的第一透镜、具有负屈折力的第二透镜、具有正屈折力第三透镜、具有正屈折力的第四透镜，其中，所述第一透镜的焦距f₁，所述第二透镜的焦距f₂，所述第三透镜的焦距f₃，所述第四透镜的焦距f₄满足以下条件式：1＜f₁＜5，-3＜f₂＜-0.5，1＜f₃＜6.8，0.5＜f₄＜7。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述分光元件为基于法布里-珀罗干涉原理的分光片。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜为双凸正透镜，所述第二透镜为负透镜，所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜为正透镜。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第三透镜为玻璃透镜，所述第二透镜和所述第四透镜为塑料透镜。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的折射率n₁，所述第二透镜的折射率n₂，所述第三透镜的折射率n₃，所述第四透镜的折射率n₄满足以下条件式：1.6＜n₁＜2.0，1.5＜n₂＜1.8，1.5＜n₃＜1.8，1.4＜n₄＜1.7。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的阿贝数V₁，所述第二透镜的阿贝数V₂，所述第三透镜的阿贝数V₃，所述第四透镜的阿贝数V₄满足以下条件式：30＜V₁＜50，20＜V₂＜40，40＜V₃＜60，40＜V₄＜60。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜之间依次通过隔圈紧密装配。

8.一种光学设备，其特征在于，所述光学设备搭载了如权利要求1-7所述的光学镜头。

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