CN112327448B - 镜头和拍摄终端 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种镜头和拍摄终端，所述镜头包括：滤光片；多个透镜，多个所述透镜和所述滤光片沿物方至像方依次布置，多个所述透镜中最靠近所述滤光片的所述透镜具有朝向所述滤光片的第一镜面；其中，所述第一镜面存在至少一个反曲点，所述第一镜面包括位于所述反曲点内侧的第一区域和位于所述反曲点外侧的第二区域，所述第一区域的至少部分区域形成为衍射面，所述第一镜面的中轴线穿过所述衍射面。本申请的镜头，多个透镜中的最靠近成像面的透镜其朝向成像面的侧面设有衍射面，可进一步矫正光学像差，提高镜头的光学性能，且通过设置较少的镜头即可实现改善镜头的成像质量。

Description

镜头和拍摄终端

技术领域

本申请涉及拍摄设备制造技术领域，尤其是涉及一种镜头和具有该镜头的拍摄终端。

背景技术

随着手机行业的发展，手机镜头像素从最初的几十万到现在的2000万，高像素手机镜头已经成为一款成功手机的必要配置。目前1300万像素以上的手机大多数采用5片以上的手机镜片，光圈2.8～2.1左右，镜头总长度较大，镜头的镜片数量较多，使得结构较为复杂，存在改进的空间。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种镜头，该镜头的像素高，透镜数量较少且镜头的整体厚度较小。

根据本申请实施例的镜头，包括：滤光片；多个透镜，多个所述透镜和所述滤光片沿物方至像方依次布置，多个所述透镜中最靠近所述滤光片的所述透镜具有朝向所述滤光片的第一镜面；其中，所述第一镜面存在至少一个反曲点，所述第一镜面包括位于所述反曲点内侧的第一区域和位于所述反曲点外侧的第二区域，所述第一区域的至少部分区域形成为衍射面，所述第一镜面的中轴线穿过所述衍射面。

根据本申请实施例的镜头，多个透镜中的最靠近成像面的透镜其朝向成像面的侧面设有衍射面，可进一步矫正光学像差，提高镜头的光学性能，且通过设置较少的镜头即可实现改善镜头的成像质量。

根据本申请一些实施例的镜头，所述第一区域的全部区域形成为所述衍射面。

根据本申请一些实施例的镜头，所述衍射面、所述第一区域在所述滤光片上的投影均为圆形，且所述衍射面的投影的半径与所述第一区域的投影的半径比值为a，满足：0.9≤a≤1。

根据本申请一些实施例的镜头，所述第一区域和所述第二区域均形成为所述衍射面。

根据本申请一些实施例的镜头，所述第一区域的全部区域和所述第二区域的至少部分区域形成为所述衍射面。

根据本申请一些实施例的镜头，所述第一区域的曲率半径大于所述第二区域的曲率半径。

根据本申请一些实施例的镜头，所述第一区域在所述滤光片上的投影的直径与所述第二区域在所述滤光片上的投影的外径的比值为b，满足：0.6≤b≤0.8。

根据本申请一些实施例的镜头，所述透镜包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述滤光片沿物方至像方依次布置，且所述衍射面设于所述第四透镜朝向所述滤光片的一侧。

根据本申请一些实施例的镜头，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述滤光片的轴线重合，且所述第一透镜的半径、所述第二透镜的半径均小于所述衍射面的半径。

本申请还提出了一种拍摄终端。

根据本申请实施例的拍摄终端，设置有上述任一种实施例所述的镜头。

所述的拍摄终端和上述的镜头相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请一个实施例的镜头的结构示意图；

图2是根据本申请另一个实施例的镜头的结构示意图；

图3是根据本申请一个实施例的镜头的MTF传递函数曲线图；

图4是根据本申请一个实施例的镜头的场曲和畸变；

图5是根据本申请一个实施例的镜头的相对照度曲线；

图6是根据本申请另一个实施例的镜头的MTF传递函数曲线图；

图7是根据本申请另一个实施例的镜头的场曲和畸变；

图8是根据本申请另一个实施例的镜头的相对照度曲线。

附图标记：

镜头100，

第一透镜1，第二透镜2，第三透镜3，第四透镜4，第一区域41，第二区域42，衍射面43，滤光片5，成像面6。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考图1-图2描述根据本申请实施例的镜头100，该镜头100具有多个透镜，且最靠近成像面6的透镜设有衍射面43，能够极大地改善镜头100的成像质量，提高镜头100的光学性能，且镜头100的透镜总数量较少，镜头100的整体厚度较小。且该镜头100可安装于拍摄终端，如手机、ipad和相机等。

如图1和图2所示，根据本申请实施例的镜头100，包括：滤光片5、多个透镜。

如图1和图2所示，多个透镜和滤光片5沿物方至像方依次布置，如图1所示，多个透镜位于滤光片5背离成像面6的一侧，即滤光片5位于多个透镜和成像面6之间，这样，物方的光线经多个透镜折射后，再经过滤光片5进行过滤，进而传递至像方，并在成像面6上产生投影。

其中，透镜可采用塑料材质的材料制成，可使得透镜具有重量轻、成本低、加工难度小、易成型、成品率高以及对焦速度快等优点。

如图1和2所示，多个透镜中最靠近滤光片5的透镜具有第一镜面，第一镜面为该透镜朝向滤光片5的侧面，即透镜朝向滤光片5的侧面为第一镜面，或者说，第一侧面朝向滤光片5和成像面6。

如图1和图2所示，第一镜面存在至少一个反曲点，第一镜面包括第一区域41和第二区域42，第一区域41位于反曲点的内侧，第二区域42位于反曲点的外侧，且如图1所示，第二区域42环绕在第一区域41的外圈，且第一区域41为第一镜面中心区域的部分，且第一区域41为圆形，且第二区域42为第一镜面环绕在第一区域41外侧的部分，且第二区域42为圆环形。

如图1和2所示，第一镜面的至少部分区域为衍射面43，即多个透镜中最靠近滤光片5的透镜具有衍射面43，且衍射面43朝向成像面6，由此，物方的光线再经过多个透镜折射后，进而再经过衍射面43传递给滤光片5及成像面6，起到衍射作用，最终在成像面6上完成成像。

且第一镜面的中轴线贯穿衍射面43，即衍射面43包括第一镜面的最中心部分，如图1所示，第一镜面的中部区域形成为衍射面43，或者如图2所示，第一镜面的整体面均成型为衍射面43。

如此设置，可进一步矫正光学像差，提高镜头100的光学性能，改善成像效果，且可将传统1600像素镜头100的透镜数量减少到4片，即通过设置较少的透镜即可改善镜头100的成像质量，且该衍射面43可直接在非球面或者球面上加工，对第一镜面的加工要求较低，易于成型。

其中，本申请实施例的镜头100F#为2.0-2.4，保证其进光量，使得该镜头100在暗光条件下也可以呈现清晰的画质。镜头100总长度为4.0mm-4.2mm，像高不小于3.0mm，当搭配1/3芯片单个像素尺寸为1.0μm*1.0μm时，镜头100像素可达1600万。镜头100有效焦距为3.50mm-3.65mm之间。镜头100的MTF传递函数的效果良好。

根据本申请实施例的镜头100，多个透镜中的最靠近成像面6的透镜其朝向成像面6的侧面设有衍射面43，可进一步矫正光学像差，提高镜头100的光学性能，且通过设置较少的镜头100即可实现改善镜头100的成像质量。

在一些实施例中，第一区域41、第二区域42、第一镜面在滤光片5上的投影均为圆形，且第一区域41在滤光片5上的投影的直径与第二区域42在滤光片5上的投影的外径的比值为b，其中，第二区域42的投影的外径与第一镜面的投影的直径相同，即第一区域41的投影的直径与第一镜面的投影的直径的比值为b，满足：0.6≤b≤0.8，如b＝0.65，或者b＝0.7，再或者b＝0.75。

其中，如图1和图2所示，且第一区域41的曲率圆心位于第一区域41朝向滤光片5的一侧，第二区域42的曲率圆心位于第二区域42背离滤光片5的一侧，即第一区域41朝向背离成像面6的方向凹陷，且第二区域42与第一区域41的连接处凸向于成像面6，第二区域42凸向于成像面6。以使第一镜面整体呈中部凹、外部凸的形状。

衍射面43包括第一区域41的至少部分中心区域，即衍射面43可包括第一区域41的至少部分中心区域，也可包括第一区域41的至少部分中心区域及第二区域42的部分区域。如图1所示，衍射面43包括整个第一区域41，如图2所示，衍射面43包括第一区域41和第二区域42。由此，在透镜朝向成像面6的至少部分中心区域设置衍射面43，可极大地改善镜头100的成像性能。

在一些实施例中，第一区域41的至少部分中心区域形成为衍射面43，如第一区域41在滤光片5上的投影的半径为R，第一区域41的中部半径为0.95R的区域内均为衍射面43，这样，设于第一区域41的衍射面43的能够对射入的光线进行有效地衍射，以提高镜头100的成像性能。

需要说明的是，镜头100的多个透镜沿轴向依次布置，且当光线经多个透镜依次传递至第一镜面时，光线主要集成于第一镜面的中部，由此，将衍射面43设于第一镜面的中部，可极有效地对射入大部分光线进行衍射，利于改善成像效果。

如图1所示，第一区域41的曲率半径大于第二区域42的曲率半径，即第一区域41的弧度较小，这样，将衍射面43设于第一区域41，易于加工，便于成型。

其中，如图1所示，衍射面43、第一区域41在滤光片5上的投影均为圆形，且衍射面43的投影的半径与第一区域41的投影的半径比值为b，满足：0.9≤a≤1，如a＝0.93，或者a＝0.95，再或者a＝0.98。这样，将衍射面43的结构尺寸设置在该范围内，可保证镜头100具有较好的成像性能。

在另一些实施例中，第一区域41的全部区域和第二区域42的至少部分区域形成为衍射面43，如图2所示，第一区域41和第二区域42共同形成为衍射面43，由此，有效地对射入大部分光线进行衍射，利于改善成像效果。

下面参考图1和图2描述本申请的两个实施例的镜头100。

在实施例一中：

如图1所示，该镜头100模组由4片镜片组成，即透镜包括：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和滤光片5沿物方至像方依次布置，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和滤光片5的轴线重合，且第一镜面设于第四透镜4朝向滤光片5的一侧，第一镜面设有衍射面43，即衍射面43设于第四个镜片背离第三透镜3的一侧，其面型为二元面3型(Binary3)，且第一透镜1的半径、第二透镜2的半径均小于衍射面43的半径。其中，第一镜面分成内外两个区域，每个区域有其独立的半径、非球面系数以及衍射相位系数。

在本实施例中，将第一镜面分为两个区域，以第一镜面全孔径的0.7位置为分割线，分割线以内为第一区域41，分割线以外为第二区域42，且为了利于加工，在0.7位置以内的区域加衍射相位，而0.7位置以外的区域是普通的非球面。因为0.7位置以内的区域包含了中心视场以及比较重要的几个视场，所以在0.7位置以内加衍射面43对于成像质量的改善是更加明显的，即在该实施例中，第一区域41的全部区域形成为衍射面43。

现有技术中在0.7位置以外加的衍射面43，其主要包含了最外面的几个视场，即对成像质量贡献比较小的视场，这样即使加工不好，对于整体的影响也不会太大。所以在确保衍射面43可以正常加工的基础上，将衍射面43放在了0.7位置以内，这样可以更大的提高成像质量。

本申请的MTF曲线图、场曲畸变等明显优于对比专利。

本实施例的镜头100，其有以下明显的优点：

1.由于衍射面设置于第四个镜片的第二面，其远离孔径光阑，在加工时面型误差不是特别敏感，有利于提高镜头100加工时的稳定性。

2.从第四个镜片面型的特点考虑，在全孔径0.7位置以外的区域镜片弯曲程度较大，这对于衍射面43的加工是比较困难的，加工不当的话很容易磨损刀具。而且0.7位置以外的区域主要是边缘视场，对于镜头100的整体成像效果影响不是很大，所以即使加了衍射面43，其成像效果的提高也不是特别的明显。而0.7位置以内的视场包含了中心视场及几个主要的视场，直接决定了成像质量的好坏。所以将衍射面43放在了0.7位置以内的区域，在保证加工工艺的基础上，成像质量有了明显的提高。

本实施例的镜头100的总长度在4.0mm-4.2mm，节省空间，可适用于超薄手机。MTF设计值高且与目前主流1600万像素芯片主光线入射角匹配良好，当搭配1/3芯片单个像素尺寸为1.0μm*1.0μm时，镜头100像素可达1600万。

镜头100的设计光圈可达F#2.0-2.4，在低照度条件下，无需借助外部光源，也可以得到清晰的拍照效果。本镜头100的视场角能达到80°-90°。

其中，镜头100采用塑料材质的透镜，相比于玻璃透镜，塑料透镜的主要优点有：重量轻、成本低、加工难度小、易成型、成品率高以及对焦速度快等优点。

且选择的塑料材料都是最常见的光学塑料材料，第一透镜1折射率和阿贝数分别为1.53-1.55和54.0-56.0；第二透镜2折射率和阿贝数分别为1.65-1.67和20.0-22.0；第三透镜3折射率和阿贝数分别为1.53-1.55和54.0-56.0；第四透镜4折射率和阿贝数分别为1.53-1.55和55.0-57.0。滤光片5采用BK7材料，折射率和阿贝数分别为1.53和56，滤光片5的厚度为0.21mm。在将该镜头100应用于手机后，手机镜头100的总长度在4.0mm-4.2mm之间，手机镜头100光圈设置值为F#为2.0-2.2，视场角为80°-90°。

如图3所示，是本实施例的镜头100的MTF传递函数曲线图；可以综合的反应系统的成像质量，其曲线形状越平滑，且数值越大，则所反应的成像质量越好。MTF值在分辨率130lp/mm时，大于0.58。子午方向和弧矢方向的像散也很小。

如图4所示，是本申请镜头100的场曲和畸变；镜头100的子午和弧矢场曲大小均小于0.2mm，镜头100的畸变控制在2％范围内，看不出成像的变形，满足系统设计要求。

如图5所示，是本申请镜头100的相对照度曲线图；反映了手机镜头100成像画面的亮度，一般要求边缘视场的相对照度大于0.3，该设计满足镜头100的照度要求。

在实施例二中：

如图2所示，该镜头100模组由4片镜片组成，即透镜包括：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和滤光片5沿物方至像方依次布置，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和滤光片5的轴线重合，且衍射面43设于第四透镜4朝向滤光片5的一侧，采用了二元面2(binary2)，二元面2将整个面作为衍射面，在整个面上刻凹槽来改变通过该面的光学相位。因为衍射面43的位置距离光阑的位置比较远，所以其对于装配公差和面型误差并不是很敏感。即使加工会存在一定的误差，对于镜头100整体的成像效果影响也不是很大。

本实施例的结构如图2所示，从物方至像方依次为孔径光阑、第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4以及滤光片5，第一透镜1为双凸透镜，第二透镜2为双凹透镜，第三透镜3为凹凸透镜，第四透镜4为中间凹、到边缘慢慢变成凸的衍射透镜，其左边曲面为普通的光学非球面；其右边靠近像方的一面设置为衍射光学面，其为二元面2型(Binary2)，即在该实施例中，第一区域41的和第二区域42均形成为衍射面43。

本申请设计采用塑料材质的透镜，相比于玻璃透镜，塑料透镜的主要优点有：重量轻、成本低、加工难度小、易成型、成品率高以及对焦速度快等优点。本设计选择的塑料材料都是最常见的光学塑料材料，第一透镜1折射率和阿贝数分别为1.53-1.55和54.0-56.0；第二透镜2折射率和阿贝数分别为1.65-1.67和20.0-22.0；第三透镜3折射率和阿贝数分别为1.53-1.55和54.0-56.0；第四透镜4折射率和阿贝数分别为1.53-1.55和55.0-57.0。滤光片5采用BK7材料，折射率和阿贝数分别为1.53和56，滤光片5的厚度为0.21mm。在将该镜头100应用于手机后，手机镜头100的总长度在4.0mm-4.2mm之间，手机镜头100光圈设置值为F#为2.0-2.2，视场角为80°-90°。

如图6所示，是本申请镜头100的MTF传递函数曲线图；可以综合的反应系统的成像质量，其曲线形状越平滑，且数值越大，则所反应的成像质量越好。MTF值在分辨率110lp/mm时，大于0.58。子午方向和弧矢方向的像散也很小。

如图7所示，是本申请镜头100的场曲和畸变；镜头100的子午和弧矢场曲大小均小于0.5mm，镜头100的畸变控制在1％范围内，看不出成像的变形，满足系统设计要求。

如图8所示，是本申请镜头100的相对照度曲线图；反映了手机镜头100成像画面的亮度，一般要求边缘视场的相对照度大于0.3，该设计满足镜头100的照度要求。

本申请还提出了一种拍摄终端。

根据本申请实施例的拍摄终端，设置有上述实施例的镜头100，该镜头100的多个透镜中的最靠近成像面6的透镜，其朝向成像面6的侧面设有衍射面43，可进一步矫正光学像差，提高镜头100的光学性能，由此，具有该镜头100的拍摄终端，具有较佳的拍照性能，且拍摄终端的厚度尺寸较小。其中，拍摄终端可为手机、ipad或者相机等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种镜头，其特征在于，包括：

滤光片；

多个透镜，多个所述透镜和所述滤光片沿物方至像方依次布置，多个所述透镜中最靠近所述滤光片的所述透镜具有朝向所述滤光片的第一镜面；

其中，所述第一镜面存在至少一个反曲点，所述第一镜面包括位于所述反曲点内侧的第一区域和位于所述反曲点外侧的第二区域，以所述第一镜面全孔径的0.7位置为分割线，所述分割线以内为所述第一区域，所述分割线以外为所述第二区域；

衍射面仅形成在所述第一区域的全部区域，所述第一镜面的中轴线穿过所述衍射面；

所述第一区域的曲率半径大于所述第二区域的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述衍射面、所述第一区域在所述滤光片上的投影均为圆形。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的镜头，其特征在于，所述透镜包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述滤光片沿物方至像方依次布置，且所述衍射面设于所述第四透镜朝向所述滤光片的一侧。

4.根据权利要求3所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述滤光片的轴线重合，且所述第一透镜的半径、所述第二透镜的半径均小于所述衍射面的半径。

5.一种拍摄终端，其特征在于，设置有权利要求1-4中任一项所述的镜头。