CN112630944A

CN112630944A - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN112630944A
Application number: CN202110257777.6A
Authority: CN
Inventors: 王义龙; 刘绪明; 曾昊杰; 曾吉勇
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2041-03-10
Also published as: CN112630944B

Abstract

本发明公开了一种光学镜头及成像设备，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面包括：光阑；具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面、像侧面在近光轴处为凹面；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有负光焦度的第四透镜，其物侧面为凹面、像侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第五透镜，其物侧面在近光轴处为凸面，其像侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面在近光轴处为凸面，其像侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，其物侧面在近光轴处为凹面，其像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点。该光学镜头具有大光圈、超高清成像的优点。

Description

光学镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种光学镜头及成像设备。

背景技术

目前，随着便携式电子设备(如智能手机、平板、相机)的普及，加上社交、视频、直播类软件的流行，人们对于摄影的喜爱程度越来越高，摄像镜头已经成为了电子设备的标配，摄像镜头甚至已经成为消费者购买电子设备时首要考虑的指标。

随着移动信息技术的不断发展，手机等便携式电子设备也在朝着大光圈、超高清成像等方向发展，这就对搭载在便携式电子设备上的摄像镜头提出了更高的要求。近几年，随着消费者对手机拍照的热衷，夜间直播拍照已经成为一种生活趋势，这就要求手机在夜间拍照也有和白天一样的效果，对于镜头来说，就意味着大光圈，而目前市场上还没有结合超大光圈和超高清的镜头。

发明内容

为此，本发明的目的在于提出一种光学镜头及成像设备，至少具有大光圈、超高清成像的优点，以满足目前市场上便携式电子设备对镜头的需求。

本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

第一方面，本发明提供了一种光学镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：光阑；具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面在近光轴处为凹面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第六透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点。

第二方面，本发明提供一种成像设备，包括成像元件及第一方面提供的光学镜头，成像元件用于将光学镜头形成的光学图像转换为电信号。

相比于现有技术，本发明提供的光学镜头及成像设备，通过合理的搭配七个具有特定屈折力的镜片形状以及合理的光焦度组合，使镜头在满足高像素的同时具有超大光圈的特性，可以打造更好的画面虚化效果，提升暗光条件下的快门速度，使镜头在夜间拍照也能实现与白天一样高清的成像效果，从而有效提升用户的摄像体验。

附图说明

本发明的上述和/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为本发明第一实施例中的光学镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图3为本发明第一实施例中的光学镜头的垂轴色差曲线图；

图4为本发明第一实施例中的光学镜头的轴向色差曲线图；

图5为本发明第二实施例中的光学镜头的结构示意图；

图6为本发明第二实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图7为本发明第二实施例中的光学镜头的垂轴色差曲线图；

图8为本发明第二实施例中的光学镜头的轴向色差曲线图；

图9为本发明第三实施例中的光学镜头的结构示意图；

图10为本发明第三实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图11为本发明第三实施例中的光学镜头的垂轴色差曲线图；

图12为本发明第三实施例中的光学镜头的轴向色差曲线图；

图13为本发明第四实施例提供的成像设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

在本文中，近光轴处是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近光轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近光轴区域为凹面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

本发明提出一种光学镜头，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及滤光片。

所述第一透镜具有正光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

所述第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；

所述第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；

所述第四透镜具有负光焦度，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

所述第五透镜具有正光焦度，第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

所述第六透镜具有正光焦度，第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第六透镜的像侧面为凸面；

所述第七透镜具有负光焦度，第七透镜的物侧面在近光轴处为凹面，第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点。

本发明的光学镜头采用七片具有特定屈折力的镜片，并且采用特定的表面形状及其搭配，使镜头具有高像素的同时还具有超大光圈的特性。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

3.3<DML11/SAG11<7.8；（1）

其中，DML11表示第一透镜的物侧面的光学有效口径，SAG11表示第一透镜的物侧面的边缘矢高。满足条件式（1），可以增大光学系统的孔径光阑，增加光学系统的进光量，对整个系统贡献大光圈的成像效果。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1.5<(CT1+CT2+CT3)/(ET1+ET2+ET3)<2.05；（2）

其中，CT1表示第一透镜的中心厚度，CT2表示第二透镜的中心厚度，CT3表示第三透镜的中心厚度，ET1表示第一透镜在与光轴平行方向镜片外径处的厚度，ET2表示第二透镜在与光轴平行方向镜片外径处的厚度，ET3表示第三透镜在与光轴平行方向镜片外径处的厚度。满足条件式（2），通过合理设置前三个透镜的中心厚度与边缘厚度的比值，有利于提升光学系统内视场的解像力。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.78<(SAG41+SAG51)/(SAG42+SAG52)<1.0；（3）

其中，SAG41表示第四透镜的物侧面的边缘矢高，SAG42表示第四透镜的像侧面的边缘矢高，SAG51表示第五透镜的物侧面的边缘矢高，SAG52表示第五透镜的像侧面的边缘矢高。满足条件式（3），有利于控制第四透镜与第五透镜的边缘矢高，从而使第四透镜和第五透镜具有与其它镜片相互配合的光焦度，有利于缩短总长，实现镜头的小型化。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.08<(CT6-ET6)/DML6<0.1；（4）

其中，CT6表示第六透镜的中心厚度，ET6表示第六透镜在与光轴平行方向镜片外径处的厚度，DML6表示第六透镜的光学有效口径。满足条件式（4），能够保证第六透镜具有正的屈折力，可以有效提升系统的周边照度，进而提高解像力。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

12.5<(R72-R71)/(SAG72-SAG71)<21.5；（5）

其中，R71表示第七透镜的物侧面的曲率半径，R72表示第七透镜的像侧面的曲率半径，SAG71表示第七透镜的物侧面的边缘矢高，SAG72表示第七透镜的像侧面的边缘矢高。满足条件式（5），能够增大正负光阑光程差，平衡光学系统的慧差，使镜头具有更高的成像品质。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1.1<f123/f<1.3；（6）

其中，f123表示第一透镜、第二透镜、第三透镜的组合焦距，f表示光学镜头的焦距。满足条件式（6），有利于430nm波长的色差的矫正。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-2.2<f2/f＜-1.8；（7）

其中，f2表示第二透镜的焦距，f表示光学镜头的焦距。满足条件式（7），有利于合理分配光学系统的焦距，可提高轴外视场的成像质量，减小轴外球差，从而使镜头在全视场范围内均具有较好的成像质量。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.65< IMG/TTL<0.74；（8）

其中，IMG表示光学镜头的像高，TTL表示光学镜头的光学总长。满足条件式（8），能使光学系统具有较大的像高，从而能够有效提升系统的高清成像品质。

在一些实施方式中，所述光学镜头的光圈数F#<1.5，表明该光学镜头具有超大光圈，可以打造更好的画面虚化效果，使镜头在夜间拍照也能实现与白天一样高清的成像效果。

作为一种实施方式，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜可以是非球面镜片；可选的，上述透镜均采用塑胶非球面镜片。采用非球面镜片，可以有效减少镜片的数量，修正像差，提供更好的光学性能。

本实施例中，作为一种实施方式，当光学镜头中的各个透镜均为非球面透镜时，光学镜头的各个非球面面型可以均满足下列方程：

；

其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为二次曲面系数，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在以下每个实施例中，光学镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径有所不同，具体不同可参见各实施例中的参数表。

第一实施例

请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的光学镜头100的结构示意图，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：光阑ST、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7以及红外滤光片G1。

第一透镜L1具有正光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面，第一透镜的像侧面S2在近光轴处为凹面；

第二透镜L2具有负光焦度，第二透镜的物侧面S3为凸面，第二透镜的像侧面S4为凹面；

第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5为凸面，第三透镜的像侧面S6为凹面；

第四透镜L4具有负光焦度，第四透镜的物侧面S7为凹面，第四透镜的像侧面S8在近光轴处为凹面；

第五透镜L5具有正光焦度，第五透镜的物侧面S9在近光轴处为凸面，第五透镜的像侧面S10在近光轴处为凹面；

第六透镜L6具有正光焦度，第六透镜的物侧面S11在近光轴处为凸面，第六透镜的像侧面S12在近光轴处为凸面；

第七透镜L7具有负光焦度，第七透镜的物侧面S13在近光轴处为凹面，第七透镜的像侧面S14在近光轴处为凹面且具有一个反曲点。

其中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7可以均为塑胶镜片，或者也可以是塑胶镜片和玻璃镜片的组合，在本实施例中，光学镜头100的七个透镜均为塑胶非球面镜片。

本实施例提供的光学镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示。

表1

本实施例中的光学镜头100的各非球面的面型系数如表2所示。

表2

在本实施例中，光学镜头100的场曲、垂轴色差和轴向色差的曲线图分别如图2、图3和图4所示，由图2至图4可以看出，场曲和色差都被良好地校正。

图2的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。其中，图2中横轴表示偏移量（单位：毫米），纵轴表示视场角（单位：度）。从图2中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.08毫米以内，说明光学镜头100的场曲矫正良好。

图3的垂轴色差曲线表示最长波长与最短波长在成像面上不同像高处的色差。其中，图3中横轴表示各波长相对中心波长的垂轴色差值（单位：微米），纵轴表示归一化视场角。从图3中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差均控制在±2.5微米以内，说明光学镜头100的垂轴色差得到良好的矫正。

图4的轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差。其中，图4中横轴表示球值（单位：毫米），纵轴表示归一化光瞳半径。从图4中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.04mm以内，说明该光学镜头100能够有效地校正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

第二实施例

本实施例提供的光学镜头200的结构示意图请参阅图5，本实施例中的光学镜头200与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于：各透镜的曲率半径及材料选择不同。

本实施例提供光学镜头200中各个镜片的相关参数如表3所示。

表3

本实施例中的光学镜头200的各非球面的面型系数如表4所示。

表4

在本实施例中，光学镜头200的场曲、垂轴色差和轴向色差的曲线图分别如图6、图7和图8所示，由图6至图8可以看出，光学镜头200的场曲和色差都被良好地校正。

图6的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图6中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.2毫米以内，说明光学镜头200的场曲矫正良好。

图7的垂轴色差曲线表示最长波长与最短波长在成像面上不同像高处的色差。从图7中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差均控制在±0.6微米以内，说明光学镜头200的垂轴色差得到良好的矫正。

图8的轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差。从图8中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.04mm以内，说明该光学镜头200能够有效地校正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

第三实施例

请参阅图9，所示为本实施例提供的的光学镜头300的结构示意图，本实施例中的光学镜头300与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于，各透镜的曲率半径及材料选择有所不同。

本实施例提供的光学镜头300中各个镜片的相关参数如表5所示。

表5

本实施例中的光学镜头300的各非球面的面型系数如表6所示。

表6

在本实施例中，光学镜头300的场曲、垂轴色差和轴向色差的曲线图分别如图10、图11和图12所示，由图10至图12可以看出，光学镜头300的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

图10的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图10中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.6毫米以内，说明光学镜头300的场曲矫正良好。

图11的垂轴色差曲线表示最长波长与最短波长在成像面上不同像高处的色差。从图11中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差均控制在±3微米以内，说明光学镜头300的垂轴色差得到良好的矫正。

图12的轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差。从图12中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.08mm以内，说明该光学镜头300能够有效地校正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

表7是上述三个实施例对应的光学特性，主要包括系统焦距f、光圈数F#、光学总长TTL及视场角FOV，以及与上述每个条件式对应的数值。

表7

综上，本发明提供的光学镜头具有以下的优点：

（1）本发明提供的光学镜头采用七片具有特定屈折力的镜片，并且采用特定的表面形状搭配，使镜头具有较高的分辨率，可以匹配6400万像素芯片的成像需求，能够使拍摄的景物更加清晰，具有更好的成像质量；同时还使镜头具有不大于7.2mm的总长，很好地满足了便携式电子设备轻薄化、高像质的使用需求。

（2）本发明提供的光学镜头的光圈数小于1.5，具有超大光圈的特性，可以打造更好的画面虚化效果，提升暗光条件下的快门速度，使镜头在夜间拍照也能实现与白天一样高清的成像效果，从而有效提升用户的摄像体验。

第四实施例

请参阅图13，所示为本发明第四实施例提供的成像设备400，该成像设备400可以包括成像元件410和上述任一实施例中的光学镜头（例如光学镜头100）。成像元件410可以是CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补性金属氧化物半导体）图像传感器，还可以是CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）图像传感器。

该成像设备400可以是智能手机、平板电脑、相机以及其它任意一种形态的装载了上述光学镜头的终端设备。

本申请实施例提供的成像设备400包括光学镜头100，由于光学镜头100具有大光圈、小体积、高像素的优点，具有该光学镜头100的成像设备400也具有大光圈、小体积、高像素的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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发明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。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种光学镜头，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次包括：

光阑；

具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；

具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第六透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：3.3<DML11/SAG11<7.8；

其中，DML11表示所述第一透镜的物侧面的光学有效口径，SAG11表示所述第一透镜的物侧面的边缘矢高。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：1.50<(CT1+CT2+CT3)/(ET1+ET2+ET3)<2.05；

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，ET1表示所述第一透镜在与光轴平行方向镜片外径处的厚度，ET2表示所述第二透镜在与光轴平行方向镜片外径处的厚度，ET3表示所述第三透镜在与光轴平行方向镜片外径处的厚度。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：0.78<(SAG41+SAG51)/(SAG42+SAG52)<1.0；

其中，SAG41表示所述第四透镜的物侧面的边缘矢高，SAG42表示所述第四透镜的像侧面的边缘矢高，SAG51表示所述第五透镜的物侧面的边缘矢高，SAG52表示所述第五透镜的像侧面的边缘矢高。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：0.08<(CT6-ET6)/DML6<0.1；

其中，CT6表示所述第六透镜的中心厚度，ET6表示所述第六透镜在与光轴平行方向镜片外径处的厚度，DML6表示所述第六透镜的光学有效口径。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：12.5<(R72-R71)/(SAG72-SAG71)<21.5；

其中，R71表示所述第七透镜的物侧面的曲率半径，R72表示所述第七透镜的像侧面的曲率半径，SAG71表示所述第七透镜的物侧面的边缘矢高，SAG72表示所述第七透镜的像侧面的边缘矢高。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：1.1<f123/f<1.3；

其中，f123表示所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜的组合焦距，f表示所述光学镜头的焦距。

8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：-2.2<f2/f<-1.8；

其中，f2表示所述第二透镜的焦距，f表示所述光学镜头的焦距。

9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：0.65<IMG/TTL<0.74；

其中，IMG表示所述光学镜头的像高，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

10.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足条件式：

F#<1.5；

其中，F#表示所述光学镜头的光圈数。

11.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的光学镜头及成像元件，所述成像元件用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号。