CN112987143B - 镜头、摄像模组和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种镜头、摄像模组和电子设备，其中，镜头包括光阑和柔焦透镜，柔焦透镜位于光阑的背光侧。柔焦透镜的透过率自柔焦透镜的中心向柔焦透镜的边缘减小。柔焦透镜包括相连的第一透镜部和第二透镜部，第一透镜部的折射率与第二透镜部的折射率不相等。本申请通过对柔焦透镜的透过率和折射率进行优化，可以减弱乃至消除镜头中常见的焦外二线性导致的焦外环状光斑以及焦外物体成像中的奇怪轮廓，不会导致像面相对照度的明显下降，保证成像的整体效果，仍然可以保证焦内成像的解析力水平，还能够显著降低镜片厚度，从而降低手机摄像头模组的高度。

Description

镜头、摄像模组和电子设备

技术领域

本申请涉及光学透镜元件技术领域，具体而言，涉及一种镜头、一种摄像模组和一种电子设备。

背景技术

摄影在日常生活中扮演着越来越重要的作用，用户对摄影的效果也提出了更高的要求，除了常规的焦内解析力以外，还需要实现成像的艺术效果，提高成像的整体质量。

电子设备中镜头内的非球面镜片对球差有较好的校正作用，可以改善焦内成像质量，提高解析力。但是，过度强调对正球差的消除，往往会导致球差过矫正，变为负球差，从而使焦外成像呈现出边缘更亮的奇怪现象。而保留部分球差即“球差欠矫正”，则对焦内成像存在影响，使焦内成像解析力下降，而将球差刚好校正为零则过于理想。故，镜头难以平衡焦内解析力和焦外虚化效果。

申请内容

本申请实施例的目的是提供一种镜头、摄像模组和一种电子设备，能够解决相关技术中镜头无法平衡焦内解析力和焦外虚化效果问题。

为了解决上述问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请的实施例提供了一种镜头，其包括：

光阑；

柔焦透镜，设于光阑的背光侧，柔焦透镜的透过率自柔焦透镜的中心向柔焦透镜的边缘减小；

其中，柔焦透镜包括相连的第一透镜部和第二透镜部，第一透镜部的折射率与第二透镜部的折射率不相等。

第二方面，本申请的实施例还提供了一种摄像模组，其包括如第一方面所提供的镜头。

第三方面，本申请的实施例还提供了一种电子设备，其包括如第二方面所提供的摄像模组。

在本申请实施例中，镜头包括光阑和柔焦透镜，柔焦透镜位于光阑的背光侧。也就是说，沿光线入射的方向，柔焦透镜位于光阑的后侧。柔焦透镜透过率自中心向外边缘减小，从而可以将光束边缘的光强降低，令焦外光斑的环状柔化，从而消除焦外二线性导致的负面效应，实现柔焦效果，对焦外成像效果有改善作用。具体地，当柔焦透镜的切趾因子不同时，则柔焦透镜的边缘处的光线透过率会改变。进一步地，柔焦透镜包括相连的第一透镜部和第二透镜部，第一透镜部和第二透镜部的折射率不同。也就是说，柔焦透镜的折射率不唯一，从而实现柔焦透镜的自聚焦特性，本申请通过对柔焦透镜的透过率和折射率进行优化，可以减弱乃至消除镜头中常见的焦外二线性导致的焦外环状光斑以及焦外物体成像中的奇怪轮廓，不会导致像面相对照度的明显下降，保证成像的整体效果，仍然可以保证焦内成像的解析力水平，还能够显著降低镜片厚度，从而降低手机摄像头模组的高度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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申请的一些实施例，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取其他的附图。

图1示出了本申请的一个实施例的镜头的部分结构示意图；

图2示出了本申请的一个实施例的镜头的柔焦透镜的结构示意图；

图3示出了本申请的一个实施例的镜头中具有不同切趾因子的柔焦透镜的仿真模拟图；

图4示出了本申请的一个实施例的镜头中柔焦透镜的工作原理示意图；

图5示出了本申请中另一个实施例中的镜头的柔焦透镜的结构示意图；

图6示出了本申请中另一个实施例中镜头的部分结构示意图；

图7示出了本申请中一个实施例中镜头的柔焦透镜的折射率分布趋势图；

图8示出了本申请中另一个实施例中镜头的柔焦透镜的折射率分布趋势图；

图9示出了本申请的一个实施例中镜头的柔焦透镜的焦外光斑模拟图；

图10示出了相关技术中一个镜头负球差焦外二线性光斑模拟图。

其中，图1至图6中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100镜头，

110光阑，

120柔焦透镜，121第一面，122第二面，124调节层，

130红外滤光层；

141第一透镜片，142第二透镜片，143第三透镜片，144第四透镜片。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请实施例中提供的镜头100主要用于电子设备，电子设备包括但不限于手机等电子设备、平板电脑、膝上型电脑、移动计算机、掌上游戏机等等。当然，也可以不限于电子设备，而应用于其他具有拍摄需求的设备。

下面结合附图，对本申请实施例提出的镜头100、摄像模组和电子设备。

本申请的第一方面的实施例提供了一种镜头100，如图1和图5所示，其包括光阑110和柔焦透镜120，柔焦透镜120设于光阑110的背光侧，柔焦透镜120的透过率自柔焦透镜120的中心向柔焦透镜120的边缘减小。其中，柔焦透镜120包括相连的第一透镜部和第二透镜部，第一透镜部的折射率与第二透镜部的折射率不相等。

在本申请实施例中，镜头100包括光阑110和柔焦透镜120，柔焦透镜120位于光阑110的背光侧。也就是说，沿光线入射的方向，柔焦透镜120位于光阑110的后侧。柔焦透镜120透过率自中心向外边缘减小，从而可以将光束边缘的光强降低，令焦外光斑的环状柔化，从而消除焦外二线性导致的负面效应，实现柔焦效果，对焦外成像效果有改善作用。具体地，当柔焦透镜120的切趾因子不同时，则柔焦透镜120的边缘处的光线透过率会改变。进一步地，柔焦透镜120包括相连的第一透镜部和第二透镜部，第一透镜部和第二透镜部的折射率不同。也就是说，柔焦透镜120的折射率不唯一，从而实现柔焦透镜120的自聚焦特性，本申请通过对柔焦透镜120的透过率和折射率进行优化，可以减弱乃至消除镜头100中常见的焦外二线性导致的焦外环状光斑以及焦外物体成像中的奇怪轮廓，不会导致像面相对照度的明显下降，保证成像的整体效果，仍然可以保证焦内成像的解析力水平，还能够显著降低镜片厚度，从而降低手机摄像头模组的高度。

值得说明的是，光阑110是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体。它可以是透镜的边缘、框架或特别设置的带孔屏。其作用可分两方面，限制光束或限制视场(成像范围)大小。光学系统中限制光束最多的光阑110，称为孔径光阑110，限制视场(大小)最多的光阑110，称为视场光阑110。简单地说光阑110就是控制光束通过多少的设备。主要用于调节通过的光束的强弱等。具体地，在入射光通量自被照面或介质入射面至另外一面离开的过程中，投射并透过物体的辐射能与投射到物体上的总辐射能之比，称为该物体的透过率。也就是说，柔焦透镜120的透过率是指在入射光通量自被照面至另外一面离开的过程中，投射并透过柔焦透镜120的辐射量与投射到柔焦透镜120上的总辐射能之比。

进一步地，镜头还包括多个透镜片，多个透镜片设在柔焦透镜120的背光侧，多个透镜片沿光轴由物侧至像侧依次设置。其中，透镜片包括凹透镜和凸透镜，多个透镜片的光焦度可以相同也可以不同。具体地，多个透镜片的数量包括3、4、5、6、7、8。具体地，当多个透镜片的数量为4个时，4个透镜片沿光轴由物侧至像侧依次为第一透镜片141、第二透镜片142、第三透镜片143和第四透镜片144，其中，分别对镜头中的四个透镜片的光焦度进行限定。具体地，第一透镜片141、第二透镜片142设置为正光焦度，汇聚光线，缩短镜头厚度；第三透镜片设置为负光焦度，矫正球差，第四透镜片144设置为正光焦度。通过上述四个透镜片相互配合，降低镜头的厚度，实现各个参数的平衡。

值得说明的是，柔焦透镜120的透过率可以采用多种方式实现，具体包括但不限于：通过在形成柔焦透镜120的透镜基材中掺杂中性染料的方式实现的。这种方式的缺陷是，透镜仍有一定厚度，光线通过时在非光阑面会被遮挡一小部分，视场越大被遮挡得越多，因此对相对照度存在轻微影响，尽管影响不大，但仍可以通过其他方式进行优化。还可以通过镀膜的方式，如图2所示，在柔焦透镜120的第一面121镀有渐变透过率的中性滤波镀膜，中性滤波镀膜的透过率由中心沿径向向外衰减，形成中间透光率高四周透光率低的效果。

进一步地，如图7所示，柔焦透镜120的折射率自柔焦透镜120的中心向柔焦透镜120的边缘减小。

在该实施例中，柔焦透镜120的第一透镜部和第二透镜部沿径向分布连接，以至于柔焦透镜120的折射率由内向外逐渐减小，即柔焦透镜120中心的折射率最大，颜色越深表明折射率越大。结合图7来说，图7示出了柔焦透镜120的示意图，光线进入柔焦透镜120内后，由于折射率的渐变性，光线沿曲线a传播。沿自上而下的方向可以将柔焦透镜120划分为1、2、3……N，而由于柔焦透镜120的折射率沿径向逐渐减小，则在柔焦透镜N/2处，柔焦透镜120的折射率最大，即柔焦透镜120的折射率沿b1和b2箭头所指示的方向逐渐增大。

进一步地，柔焦透镜120的折射率沿光轴方向增大。

在该实施例中，如图8所示，柔焦透镜120的第一透镜部和第二透镜部沿轴向层叠设置，以至于柔焦透镜120的折射率沿光线入射方向呈现逐渐增大的趋势，即柔焦透镜120中远离光阑110的部分的折射率最大，颜色越深表明折射率越大。

结合图8来说，图8示出了柔焦透镜120的示意图，光线进入柔焦透镜120内后，由于折射率的渐变性，光线沿曲线c传播。由前向后的方向可以将柔焦透镜120划分为1、2、3……N，而由于柔焦透镜120的折射率沿轴向逐渐减小，则在柔焦透镜N处的折射率最大，即柔焦透镜120的折射率沿从前到后的方向逐渐增大。

进一步地，柔焦透镜120的折射率分布可以采用径向变化和轴向变化两种叠加，从而可以给镜头100设计过程中更大的自由度，对于优化后镜头100的成像质量具有更好的优势。

进一步地，柔焦透镜120包括掺杂二氧化钛的石英玻璃。

在该实施例中，柔焦透镜120的自聚焦特性可由渐变折射率实现。渐变折射率一般可以通过掺杂的方式实现，例如在石英玻璃(SiO2)当中掺杂TiO2，柔焦透镜120的折射率的变化与掺杂浓度呈现线性关系，当TiO2的掺杂浓度控制在10％(质量百分比)以内，可以实现折射率2％的变化量，对于一般0.2mm厚度的柔焦透镜120可以实现7个波长左右的相位变化，足以覆盖常规的镜头100设计需求。

进一步地，如图3和图4所示，柔焦透镜120包括相背的第一面121和第二面122，第一面121相较于第二面122靠近光阑110设置，其中，柔焦透镜120的第一面121为平面。

在该实施例中，柔焦透镜120包括靠近光阑110的第一面121和与第一面121相背的第二面122，柔焦透镜120的第一面121的透过率从中心到四周沿径向递减，对透过光线振幅进行高斯调制，其调制满足公式：

其中，A为光阑110出射光线归一化振幅，G为切趾因子，ρ为归一化光阑110半径，e为自然常数。本申请通过调整柔焦透镜120的切趾因子，从而可以实现不同的切趾效果，如图3所示，对切趾因子G进行不同取值以进行仿真模拟，可以看出，随着切趾因子G的增加，切趾因子G取值可以为0，1，2。柔焦透镜120对边缘光线滤过作用越强，边缘光线透过率越低。

值得说明的是，球差是透镜不同孔径处对光线的会聚能力不同导致的，不同孔径处实际像点与理想像点的位置之差，叫做球差。相关技术中，由于手机中镜头多使用非球面镜，可以很好地消除球面带来的正球差，但往往会出现过矫正的情况，即出现负球差，这时远焦物点在像面上的成像会成为四周强中间相对较弱的光斑，被称为环状散焦，在光学中被称为“焦外二线性”，如图10所示，对于手机镜头来说，由于搭配的感光器单像素尺寸很小，基本接近了可见光的衍射极限，对像差的容忍度较低，为保证焦内解析力要求，需要尽可能消除球差，往往出现矫枉过正带来的负球差，焦外二线性使得焦外成像出现奇怪的轮廓虚影，效果观感不佳。如图9所示，而本申请通过在光阑110处设置柔焦透镜120，从而可以很好地将焦外光斑的环状柔化，从而消除焦外二线性导致的负面效应，实现柔焦效果。需要说明的是，图9和图10中小方格为笛卡尔坐标系中的刻度，其中每一小格代表2.5μm，颜色越深则表明视场焦外光斑强度越大。进一步地，柔焦透镜120的第一面121为平面，从而可以令切柔焦镜与光阑110的光阑面更好地配合，从而可以令所有视场的光线都能够同时接受强度调制。具体地，每个视场的光线通过光阑面/柔焦透镜120的第一面121时，柔焦透镜120都会将边缘光线过滤掉，保留中心光线的透过率。

进一步地，光阑110的光阑面与柔焦透镜120的第一面121相接触。

在该实施例中，光阑110的光阑面与柔焦透镜120的第一面121接触，具体地，光阑面与柔焦透镜120的第一面121相贴合，从而可以令所有视场的光线都能够同时通过光阑110的孔径，接收强度调制。具体地，每个视场的光线通过光阑面/柔焦透镜120的第一面121时，柔焦透镜120都会将边缘光线过滤掉，保留中心光线的透过率。具体地，光阑110110为孔径光阑110。进一步地，通过令光阑面与柔焦透镜120的第一面121相接触，从而可以缩短光学系统的总长和法兰后距，降低镜头100的整体厚度，从而可以降低电子设备的整机厚度。

进一步地，如图4、图5和图6所示，柔焦透镜120的第二面122为平面。

在该实施例中，由于柔焦透镜120已经通过令自身的折射率呈现渐变状态，已经实现自聚焦性能，通过令柔焦透镜120的沿光轴方向的两个表面都为平面，从而可以更好地控制柔焦透镜120的折射率，降低难度，使得柔焦透镜120的折射率变化趋势满足需求。

进一步地，如图6所示，柔焦透镜120包括透镜本体和调节层124，调节层124设于透镜本体靠近光阑110的表面上，调节层124的透过率由中心沿径向向外递减。

在该实施例中，柔焦透镜120包括透镜本体和调节层124。进一步地，透镜本体各处的透过率相等。调节层124设于透镜本体靠近光阑110的表面上，调节层124的透过率由中心沿径向向外递减，即调节层124的透过率由中心向外成渐小趋势。也就是说，如图2所示，线条密度越大则透过率越小，即调节层124的透过率由中心沿径向向外衰减，形成中间透过率高，四周透过率低的效果。通过控制调节层124的透过率以实现控制柔焦透镜120的透过率，降低柔焦透镜120的透过率控制难度。

进一步地，调节层124包括镀层，镀层包括中性镀层。

在该实施例中，调节层124可以通过干涉、光吸收等方式设置于透镜本体上，同时也能够提升调节层124和透镜本体之间的可靠连接性能。具体地，镀层包括中性镀层，当光束穿过中心镀层时，中性镀层不会令光发生偏移。具体地，具有渐变透过率的中心镀层可由中心染料浓度梯度变化实现，中心镀层的实施方式还可以采用其他方式，在此不做具体限定。

进一步地，如图6所示，镜头100还包括红外滤光层130，红外滤光层130设于柔焦透镜120朝向光阑110的表面。

在该实施例中，镜头100还包括红外滤光层130，红外滤光层130设于柔焦透镜120朝向光阑110的表面，从而可以无需增加滤光片，降低镜头100的制备成本，减小光学系统的总长和法兰后距，降低镜头100的高度，从而降低电子设备的高度，同时也能够提升镜头100的机械可靠性能，避免电子设备跌落而出现滤光片破裂的情况。此外，相比曲面而言，由于柔焦透镜120朝向光阑110的表面为平面，还能够降低制备红外滤光层130的难度。

进一步地，红外滤光层130包括红外滤光镀层。

在该实施例中，红外滤光层130包括红外滤光镀层，红外滤光镀层与柔焦透镜120之间连接性能优异，使用性能更优。具体地，由于柔焦透镜120包括透镜本体和中性镀层，则红外滤光镀层设于中心镀层靠近光阑110的表面。

进一步地，红外滤光层130包括多个凸部，多个凸部设于柔焦透镜120并朝向光阑110凸出。

在该实施例中，红外滤光层130包括多个凸部，多个凸部设于柔焦透镜120并朝向光阑110凸出以形成凹凸微结构，凹凸微结构能够滤除红外光。

本申请的第二方面的实施例还提供了一种摄像模组，其包括第一方面中任一实施例所提供的镜头100。

在本申请的实施例中，由于摄像模组包括第一方面中任一实施例所提供的镜头100，因而具有该镜头100所有的有益效果，在此不再赘述。

进一步地，摄像模组包括感光片，感光片设于镜头100的背光一侧，感光片用于接受光线，将光信号转化成电信号，起到成像作用。

进一步地，当镜头上不具有红外滤光层的情况下，摄像模组还包括滤光片，滤光片设于感光片和镜头之间，滤光片可以增加可见光入射，降低其他非可见光，提升拍照画面质量。

本申请的第三方面的实施例还提供了一种电子设备，其包括如第二方面实施例中所提供的摄像模组，因此具有该摄像模组的全部有益效果，在此不再赘述。

需要说明的是，在本申请中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (9)

1.一种镜头，其特征在于，包括：

光阑；

柔焦透镜，设于所述光阑的背光侧，所述柔焦透镜的透过率自所述柔焦透镜的中心向所述柔焦透镜的边缘减小；

其中，所述柔焦透镜包括相连的第一透镜部和第二透镜部，所述第一透镜部的折射率与所述第二透镜部的折射率不相等，所述柔焦透镜的折射率沿光轴方向增大；

所述柔焦透镜包括相背的第一面和第二面，所述柔焦透镜的第一面为平面，所述光阑的光阑面与所述柔焦透镜的第一面相接触，所述柔焦透镜的第二面为平面；

当所述柔焦透镜的切趾因子不同时，所述柔焦透镜的边缘处的光线透过率会改变，通过调整所述柔焦透镜的所述切趾因子，以实现不同的切趾效果。

2.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，

所述柔焦透镜的折射率自所述柔焦透镜的中心向所述柔焦透镜的边缘减小。

3.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，

所述第一面相较于所述第二面靠近所述光阑设置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的镜头，其特征在于，所述柔焦透镜包括：

透镜本体；

调节层，设于所述透镜本体靠近所述光阑的表面上，所述调节层的透过率由中心沿径向向外递减。

5.根据权利要求4所述的镜头，其特征在于，所述镜头还包括：

红外滤光层，设于所述柔焦透镜朝向所述光阑的表面。

6.根据权利要求5所述的镜头，其特征在于，

所述红外滤光层包括红外滤光镀层；或

所述红外滤光层包括多个凸部，所述多个凸部设于所述柔焦透镜并朝向所述光阑凸出。

7.根据权利要求4所述的镜头，其特征在于，所述镜头还包括：

多个透镜片，设于所述柔焦透镜的背光侧，多个所述透镜片沿光轴依次设置。

8.一种摄像模组，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的镜头。

9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求8所述的摄像模组。

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