CN112684594B

CN112684594B - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN112684594B
Application number: CN202110299756.0A
Authority: CN
Inventors: 章彬炜; 于笑枝; 曾昊杰; 刘绪明; 曾吉勇
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2041-03-22
Also published as: WO2022199465A1; CN112684594A

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依次包括：第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜及第四透镜；第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第二透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第三透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第四透镜具有负光焦度，其物侧面在近光轴处为凸面且至少具有一个反曲点，其像侧面在近光轴处为凹面且至少具有一个反曲点。四个透镜均为塑胶非球面镜片。光学镜头满足条件式：0.5mm<DM1/tan(HFOV)<0.7mm；HFOV表示光学镜头的最大半视场角，DM1表示第一透镜的有效半口径。该光学镜头至少具有体积小、广视场、像素高的优点。

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

镜头是光学成像系统中的重要组成部分，是智能手机、平板、安防监控设备、行车记录仪等终端的标配之一。近几年，随着移动信息技术的不断发展，终端的需求量不断增加，同时终端上搭载的镜头数量也越来越多。

随着用户对轻薄化终端的热衷，同时为了追求更佳的成像效果，这就要求光学镜头既要满足微型化也要具备广视角，然而，现有技术当中，目前市场上的光学镜头均无法较好的实现微型化和广视角的均衡，导致在实现镜头微型化后，往往会牺牲视角，或者在实现镜头广视角后，往往会存在体积较大的缺陷。

发明内容

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：第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜及第四透镜；其中，第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，其像侧面为凹面；第二透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第三透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第四透镜具有负光焦度，其物侧面在近光轴处为凸面且至少具有一个反曲点，其像侧面在近光轴处为凹面且至少具有一个反曲点。其中，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均为塑胶非球面镜片。所述光学镜头满足以下条件式：0.5mm<DM1/tan(HFOV) <0.7mm；其中，HFOV表示所述光学镜头的最大半视场角，DM1表示所述第一透镜的有效半口径。

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，通过合理的搭配四个具有特定屈折力的透镜之间的镜片形状和光焦度，在满足高像素的同时结构更加紧凑且头部外径较小，较好地实现了广角镜头的小型化和高像素的均衡，能够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光学畸变曲线图；

图4为本发明第一实施例中的光学镜头的垂轴色差曲线图；

图5为本发明第二实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图6为本发明第二实施例中的光学镜头的光学畸变曲线图；

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为本发明第三实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图9为本发明第三实施例中的光学镜头的光学畸变曲线图；

图10为本发明第三实施例中的光学镜头的垂轴色差曲线图；

图11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。

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：第一透镜，光阑，第二透镜，第三透镜，第四透镜及滤光片，这里的物侧为与成像面相对的一侧。

第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面。

第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面。

第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面。

第四透镜具有负光焦度，第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点，第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点。

其中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.5mm<DM1/tan(HFOV) <0.7mm；（1）

其中，HFOV表示光学镜头的最大半视场角，DM1表示第一透镜的有效半口径。满足条件式（1）时，能够合理控制所述光学镜头的头部尺寸，有利于实现所述光学镜头的超大广角和小头部的均衡。

在一些实施方式中，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

5.5<TTL/EPD<6.0；（2）

其中，TTL表示光学镜头的光学总长，EPD表示光学镜头的入瞳直径。满足条件式（2）时，能够合理控制镜头的通光量，提升镜头的相对照度，并有效缩短镜头的光学总长。

在一些实施方式中，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

0.35mm<SAG1-SGA2<0.55mm；（3）

其中，SAG1表示第一透镜的物侧面的边缘矢高，SAG2表示第一透镜的像侧面的边缘矢高。满足条件式（3）时，能够合理控制第一透镜的物侧面和像侧面的面倾角分配，有利于减弱鬼像的能量，提高所述光学镜头的成像品质。

在一些实施方式中，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

-2.5<f1/f<0；（4）

其中，f表示光学镜头的焦距，f1表示第一透镜的焦距。满足条件式（4）时，能够合理控制第一透镜的有效焦距，便于减小后续透镜的口径和体积，同时有利于缩短所述光学镜头的总长。

在一些实施方式中，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

0.4<CT1/DM1<0.6；（5）

其中，CT1表示第一透镜的中心厚度，DM1表示第一透镜的有效半口径。

满足条件式（5）时，能够合理控制第一透镜的有效口径，减小镜头的开窗面积，实现镜头的头部小型化。

在一些实施方式中，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

2<R1/DM1<5；（6）

其中，R1表示第一透镜的物侧面的曲率半径，DM1表示第一透镜的有效半口径。满足条件式（6）时，能够合理控制第一透镜的物侧面的曲率值，使得光线在入射时具有合适的入射角，有利于实现超大广角和较小畸变的均衡。

在一些实施方式中，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

2<R1/R2<3；（7）

-3<R3/R4<0；（8）

2<CT2/CT1<4；（9）

其中，R1表示第一透镜的物侧面的曲率半径，R2表示第一透镜的像侧面的曲率半径，R3表示第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示第二透镜的像侧面的曲率半径，CT1表示第一透镜的中心厚度，CT2表示第二透镜的中心厚度。满足条件式（7）至（9）时，通过合理控制第一透镜、二透镜的面型及厚度，一方面有利于镜片的加工成型，降低公差敏感度，提高量产良率；另一方面，有利于矫正光学畸变和像差，提高镜头的成像品质。

在一些实施方式中，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

0.3<f4/f1<0.5；（10）

其中，f1表示第一透镜的焦距，f4表示第四透镜的焦距。满足条件式（10）时，能够合理控制第一透镜和第四透镜的焦距比率，有利于减缓光线转折的走势，降低高级像差的矫正难度。

在一些实施方式中，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

0.25mm<CT12+CT23+CT34<0.45mm；（11）

其中，CT12表示第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隔，CT23表示第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间隔，CT34表示第三透镜与第四透镜在光轴上的空气间隔。满足条件式（11）时，能够合理地分配各透镜之间的空气间隔，有利于降低所述光学镜头的敏感度，提高生产良率。

在一些实施方式中，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

0.68<∑CT/TTL<0.72；（12）

其中，∑CT表示第一透镜至第四透镜的中心厚度之和，TTL表示光学镜头的光学总长。满足条件式（12）时，能够合理地分配各透镜的中心厚度，有利于实现所述光学镜头结构的紧凑性，减小所述光学镜头的总长。

在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四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。

在一些实施方式中，当所述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conic，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

本发明提供的光学镜头通过采用四个具有特定屈折力的透镜，合理搭配各透镜之间的镜片形状与光焦度组合，可以满足镜头具有高像素的前提下使得光学镜头的结构更加紧凑，较好的实现了广角镜头的小型化和高像素的均衡，能够有效提升用户的摄像体验。

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

第一实施例

请参阅图1，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：第一透镜L1，光阑ST，第二透镜L2，第三透镜L3，第四透镜L4及滤光片G1。

第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面，第一透镜的像侧面S2为凹面。

第二透镜L2具有正光焦度，第二透镜的物侧面S3和像侧面S4均为凸面。

第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5和像侧面S6均为凸面。

第四透镜L4具有负光焦度，第四透镜的物侧面S7在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点，第四透镜的像侧面S8在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点。

其中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4均为塑胶非球面镜片。

请参照表1，所示为本发明第一实施例提供的光学镜头100中各个镜片的相关参数。

表1

请参照表2，所示为本发明第一实施例提供的光学镜头100的各非球面的面型系数。

表2

请参照图2、图3及图4所示分别为光学镜头100的场曲曲线图、畸变曲线图和垂轴色差曲线图。

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±0.1毫米以内，说明光学镜头100的场曲矫正良好。

图3的畸变曲线表示成像面上不同像高处的畸变。其中，图3中横轴表示f-tanθ畸变(单位：百分比)，纵轴表示视场角（单位：度）。从图3中可以看出，成像面上不同像高处的f-tanθ畸变控制在±30%以内，说明光学镜头100的畸变得到良好的矫正。

图4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4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4中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差均控制在±2微米以内，说明光学镜头100的垂轴色差得到良好的矫正。

第二实施例

本发明第二实施例提供的光学镜头与第一实施例提供的光学镜头100的结构大致相同，不同之处主要在于各透镜的曲率半径、材料选择不同。

请参照表3，所示为本发明第二实施例提供的光学镜头中各个镜片的相关参数。

表3

请参照表4，所示为本发明第二实施例提供的光学镜头的各非球面的面型系数。

表4

请参照图5、图6及图7，所示分别为本实施例中光学镜头的场曲曲线图、畸变曲线图和垂轴色差曲线图。

图5的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图5中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.1毫米以内，说明光学镜头的场曲矫正良好。

图6畸变曲线表示成像面上不同像高处的畸变。从图6中可以看出，成像面上不同像高处的f-tanθ畸变控制在±30%以内，说明光学镜头的畸变得到良好的矫正。

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±4微米以内，说明光学镜头的垂轴色差得到良好的矫正。

第三实施例

本发明第三实施例提供的光学镜头与第一实施例提供的光学镜头100的结构大致相同，不同之处主要在于各透镜的曲率半径、材料选择不同。

请参照表5，所示为本发明第三实施例提供的光学镜头中各个镜片的相关参数。

表5

请参照表6，所示为本发明第三实施例提供的光学镜头的各非球面的面型系数。

表6

请参照图8、图9及图10，所示分别为本实施例中光学镜头的场曲曲线图、畸变曲线图和垂轴色差曲线图。

图8的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图8中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.1毫米以内，说明光学镜头的场曲矫正良好。

图9畸变曲线表示成像面上不同像高处的畸变。从图9中可以看出，成像面上不同像高处的f-tanθ畸变控制在±30%以内，说明光学镜头的畸变得到良好的矫正。

图10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10中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差均控制在±2微米以内，说明光学镜头的垂轴色差得到良好的矫正。

请参照表7，所示是上述三个实施例提供的光学镜头分别对应的光学特性。其中，光学特性主要包括光学镜头的焦距f、光圈数F#、入瞳直径EPD、光学总长TTL及视场角FOV，以及与前述每个条件式对应的相关数值。

表7

综上，本发明提供的光学镜头具有以下的优点：

（1）由于光阑及各透镜形状设置合理，一方面使得光学镜头具有较小的入瞳直径，从而使镜头具有较小的头部外径，能够满足高屏占比的需求；另一方面，使得光学镜头的总长较短，且光学镜头的视场角可达118°，较好地实现了广角镜头的小型化和高像素的均衡，能够更好的满足便携式电子产品的使用需求。

（2）采用四个具有特定屈折力的塑胶非球面镜片，并且各个透镜通过特定的表面形状搭配，使得光学镜头具有超高像素的成像质量。

第四实施例

请参阅图11，所示为本发明第四实施例提供的成像设备200，该成像设备200可以包括成像元件210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210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200可以是智能手机、平板以及其它任意一种形态的装载了上述光学镜头的便携式电子设备。

本申请实施例提供的成像设备200包括光学镜头100，由于光学镜头100具有体积小、广视场、像素高的优点，具有该光学镜头100的成像设备200也具有体积小、广视场、像素高的优点。

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：

具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；

光阑；

具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面，且所述第四透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点；

其中，所述光学镜头中透镜的数量为四片，光阑的数量为一个，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均为塑胶非球面镜片；

所述光学镜头满足以下条件式：0.5mm<DM1/tan(HFOV) <0.7mm；

其中，HFOV表示所述光学镜头的最大半视场角，DM1表示所述第一透镜的有效半口径；

所述光学镜头满足条件式：5.5<TTL/EPD<6.0；

其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径。

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：0.35mm<SAG1-SGA2<0.55mm；

其中，SAG1表示所述第一透镜的物侧面的边缘矢高，SAG2表示所述第一透镜的像侧面的边缘矢高。

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：-2.5<f1/f<0；

其中，f表示所述光学镜头的焦距，f1表示所述第一透镜的焦距。

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：0.4<CT1/DM1<0.6；

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，DM1表示所述第一透镜的有效半口径。

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：2<R1/DM1<5；

其中，R1表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，DM1表示所述第一透镜的有效半口径。

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：2<R1/R2<3；-3<R3/R4<0；2<CT2/CT1<4；

其中，R1表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R2表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径，R3表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R4表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，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。

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：0.3<f4/f1<0.5；

其中，f1表示所述第一透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距。

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：0.25mm<CT12+CT23+CT34<0.45mm；

其中，CT12表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间隔，CT23表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间隔，CT34表示所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的空气间隔。

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：0.68<∑CT/TTL<0.72；

其中，∑CT表示所述第一透镜至所述第四透镜的中心厚度之和，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

10.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-9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。