CN113126262B - 光学成像镜头及成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学成像镜头及成像设备，涉及光学镜头技术领域。光学成像镜头沿光轴从物侧到像侧依次包括：光阑；具有正光焦度的第一透镜；具有负光焦度的第二透镜；具有正光焦度的第三透镜；具有正光焦度的第四透镜；具有负光焦度的第五透镜；具有正光焦度的第六透镜；具有负光焦度的第七透镜。本发明提供的光学成像镜头及成像设备，通过合理搭配各透镜之间的镜片形状与光焦度组合，具有大光圈和成像品质高的优点。

Description

光学成像镜头及成像设备
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，更具体地，涉及一种光学成像镜头及成像设备。
背景技术
目前，摄像镜头已经成为电子设备(如智能手机、相机)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。近年来，随着设计水平、制造加工技术的不断发展，摄像镜头不断地向着体积小、重量轻以及高性能的方向发展。
其中，越是高端手机其像素越高，然而，像素越高的摄像头搭配的芯片像素点的大小却是越来越小，同等条件下，必然是像素点越大，拍照获取的信息就越丰富，大像素点在物空间信息获取方面具备了小像素点不能比肩的优势。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种光学成像镜头，具备大像素点的优点且具有大光圈和成像品质高的优点。
一方面，本发明提供了一种光学成像镜头，沿光轴从物侧到像侧依次包括：
光阑；
具有正光焦度的第一透镜，其物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；
具有负光焦度的第二透镜，其像侧表面为凹面；
具有正光焦度的第三透镜，其物侧表面为凸面，像侧表面为凸面；
具有正光焦度的第四透镜，其物侧表面和像侧表面在近轴处均为凸面；
具有负光焦度的第五透镜，其物侧表面在近轴处为凹面；
具有正光焦度的第六透镜，其物侧表面和像侧表面在近轴处均为凸面；
具有负光焦度的第七透镜，其物侧表面和像侧表面在近轴处均为凹面；
所述光学成像镜头满足条件式：-2.86＜(R11+R12)/(R11-R12)＜-1.1；其中，R11表示第一透镜物侧面的曲率，R12表示第一透镜像侧面的曲率；
根据上述技术方案的一方面，所述光学成像镜头满足条件式：1.57＜CT1/ET1≤3；其中，CT1表示光学成像镜头中所述第一透镜的中心厚度，ET1表示光学成像镜头中所述第一透镜的边缘厚度。
根据上述技术方案的一方面，所述光学成像镜头满足条件式：1.47＜f3/f≤5；其中，f3表示光学成像镜头中第三透镜的有效焦距，f表示光学成像镜头的有效焦距。
根据上述技术方案的一方面，所述光学成像镜头满足条件式：2.8≤f4/f≤5.26；其中，f4表示光学成像镜头中第四透镜的有效焦距，f表示光学成像镜头的有效焦距。
根据上述技术方案的一方面，所述光学成像镜头满足条件式：-1≤（R31+R32)/(R31-R32)＜-0.67；其中，R31表示光学成像镜头中第三透镜的物侧面的曲率，R32表示光学成像镜头中第三透镜的像侧面的曲率。
根据上述技术方案的一方面，所述光学成像镜头满足条件式：-1.5≤(R51+R52)/(R51-R52)≤-0.5；其中，R51表示光学成像镜头中第五透镜的物侧面的曲率，R52表示所述光学成像镜头中第五透镜的像侧面的曲率。
根据上述技术方案的一方面，所述光学成像镜头满足条件式：0.64≤CT5/ET5≤1.07；其中，CT5表示光学成像镜头中第五透镜的中心厚度，ET5表示光学成像镜头中第五透镜的边缘厚度。
根据上述技术方案的一方面，所述光学成像镜头满足条件式：0.07≤BFL/TTL≤0.18；其中，BFL表示光学成像镜头的机械后焦，TTL表示光学成像镜头的总长度。
根据上述技术方案的一方面，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第七透镜均为塑胶非球面透镜。
另一方面，本发明还提供了一种成像设备，包括如上所述的光学成像镜头以及用于将所述光学成像镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件。
本发明提供的光学成像镜头及成像设备，通过合理的搭配各透镜之间的镜片形状与光焦度组合，有效的减小了光学成像镜头整体的尺寸大小，且在小型化的同时实现了大光圈清晰成像的效果，具有小型化、大光圈和成像品质高的优点，其对便携式电子设备具有良好的适用性，能够有效提升用户的摄像体验。
本发明的附加方面与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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：
图1示出了本发明第一实施例提供的光学成像镜头的结构示意图；
图2示出了本发明第一实施例提供的光学成像镜头的场曲曲线图；
图3示出了本发明第一实施例提供的光学成像镜头的畸变曲线图；
图4示出了本发明第一实施例提供的光学成像镜头的轴上点球差曲线图；
图5示出了本发明第一实施例提供的光学成像镜头的横向色差曲线图；
图6示出了本发明第二实施例提供的光学成像镜头的结构示意图；
图7示出了本发明第二实施例提供的光学成像镜头的场曲曲线图；
图8示出了本发明第二实施例提供的光学成像镜头的畸变曲线图；
图9示出了本发明第二实施例提供的光学成像镜头的轴上点球差曲线图；
图10示出了本发明第二实施例提供的光学成像镜头的横向色差曲线图；
图11示出了本发明第三实施例提供的光学成像镜头的结构示意图；
图12示出了本发明第三实施例提供的光学成像镜头的场曲曲线图；
图13示出了本发明第三实施例提供的光学成像镜头的畸变曲线图；
图14示出了本发明第三实施例提供的光学成像镜头的轴上点球差曲线图；
图15示出了本发明第三实施例提供的光学成像镜头的横向色差曲线图；
图16示出了本发明第四实施例提供的光学成像镜头的结构示意图；
图17示出了本发明第四实施例提供的光学成像镜头的场曲曲线图；
图18示出了本发明第四实施例提供的光学成像镜头的畸变曲线图；
图19示出了本发明第四实施例提供的光学成像镜头的轴上点球差曲线图；
图20示出了本发明第四实施例提供的光学成像镜头的横向色差曲线图；
附图元件符号说明：
ST-光阑；L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；L4-第四透镜；L5-第五透镜；L6-第六透镜；L7-第七透镜；G1-滤光片；P-成像面；A-光轴；S1-第一透镜的物侧表面；S2-第一透镜的像侧表面；S3-第二透镜的物侧表面；S4-第二透镜的像侧表面；S5-第三透镜的物侧表面；S6-第三透镜的像侧表面；S7-第四透镜的物侧表面；S8-第四透镜的像侧表面；S9-第五透镜的物侧表面；S10-第五透镜的像侧表面；S11-第六透镜的物侧表面；S12-第六透镜的像侧表面；S13-第七透镜的物侧表面；S14-第七透镜的像侧表面；S15-滤光片的物侧表面；S16-滤光片的像侧表面；S17-成像面。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征与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。
应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本发明的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜。
在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其他特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本发明的实施方式时，使用“可”表示“本发明的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
以下对本发明的特征、原理及其他方面进行详细描述。
本发明提供了一种光学成像镜头，其包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜与第七透镜。
在示例性实施例中，第一透镜具有正光焦度，其物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；第二透镜具有负光焦度，其像侧表面为凹面；第三透镜具有正光焦度，其物侧表面为凸面，像侧表面为凸面；第四透镜具有正光焦度，其物侧表面在近轴处为凸面，像侧表面在近轴处为凸面；第五透镜具有负光焦度，其物侧表面在近轴处为凹面；第六透镜具有正光焦度，其物侧表面和像侧表面在近轴处均为凸面；第七透镜具有负光焦度，其物侧表面和像侧表面在近轴处均为凹面；
在示例性实施例中，第二透镜的物侧面可为凹面或凸面；
在示例性实施例中，第五透镜的像侧面可为凹面或凸面；
在示例性实施例中，本发明的光学成像镜满足条件式：-2.86＜(R11+R12)/(R11-R12)＜-1.1，其中，R11表示第一透镜物侧面的曲率，R12表示第一透镜像侧面的曲率。通过约束第一透镜的物侧面和像侧面的曲率半径，可有效控制系统中光束在第一透镜的折射角度，并可使系统具有良好的加工性。
在示例性实施例中，本发明的光学成像镜满足条件式：1.57＜CT1/ET1≤3，其中，CT1表示光学成像镜头中所述第一透镜的中心厚度，ET1表示光学成像镜头中所述第一透镜的边缘厚度。通过约束第一透镜的中心厚度和边缘厚度的比值，可保证透镜具有良好的加工性。
在示例性实施例中，本发明的光学成像镜满足条件式：1.47＜f3/f≤5，其中，f3表示光学成像镜头中第三透镜的有效焦距，f表示光学成像镜头的有效焦距。通过合理控制第三透镜的光焦度的范围，能够贡献合理的负五阶球差和正三阶球差，平衡后端光学元件所产生的正五阶球差和负三阶球差，从而使系统具有较小的球差，保证在轴上视场具有良好的成像质量。
在示例性实施例中，本发明的光学成像镜满足条件式：2.8≤f4/f＜5.26，其中，f4表示光学成像镜头中第四透镜的有效焦距，f表示光学成像镜头的有效焦距。通过合理控制第四透镜的光焦度的范围，能够贡献合理的负五阶球差和正三阶球差，平衡后端光学元件所产生的正五阶球差和负三阶球差，从而使系统具有较小的球差，保证在轴上视场具有良好的成像质量。
在示例性实施例中，本发明的光学成像镜满足条件式：-1≤（R31+R32)/(R31-R32)＜-0.67，其中，R31表示光学成像镜头中第三透镜的物侧面的曲率，R32表示光学成像镜头中第三透镜的像侧面的曲率。通过约束第三透镜的物侧面和像侧面的曲率半径，可有效控制系统中光束在第三透镜的折射角度，并可使系统具有良好的加工性。
在示例性实施例中，本发明的光学成像镜满足条件式：-1.5≤(R51+R52)/ (R51-R52)≤-0.5；其中，R51表示光学成像镜头中第五透镜的物侧面的曲率，R52表示所述光学成像镜头中第五透镜的像侧面的曲率。通过约束第三透镜的物侧面和像侧面的曲率半径，可有效控制系统中光束在第三透镜的折射角度，并可使系统具有良好的加工性。
在示例性实施例中，本发明的光学成像镜满足条件式：0.64≤CT5/ET5≤1.07，其中，CT5表示光学成像镜头中第五透镜的中心厚度，ET5表示光学成像镜头中第五透镜的边缘厚度。通过约束第五透镜的中心厚度和边缘厚度的比值，可保证透镜具有良好的加工性。
在示例性实施例中，本发明的光学成像镜满足条件式：0.07≤BFL/TTL≤0.18；其中，BFL表示光学成像镜头的机械后焦，TTL表示光学成像镜头的总长度。
在本发明的实施例中，第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜均为塑胶非球面透镜。
下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的光学成像镜片组的具体实施例。
第一实施例
请参照图1，图1是本发明第一实施例提供的光学成像镜头的结构示意图。
本实施例中，如图1所示，光学成像镜头沿光轴A从物侧到像侧依次包括第一透镜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。
其中，第一透镜L1具有正光焦度，其物侧表面S1为凸面，像侧表面S2为凹面。
第二透镜L2具有负光焦度，其物侧表面S3为凸面，像侧表面S4为凹面。
第三透镜L3具有正光焦度，其物侧表面S5为凸面，像侧表面S6为凸面。
第四透镜L4具有正光焦度，其物侧表面S7在近轴处为凸面，像侧表面S8在近轴处为凸面。
第五透镜L5具有负光焦度，其物侧表面S9在近轴处为凹面，其像侧表面S10在近轴处为凹面。
第六透镜L6具有正光焦度，其物侧表面S11在近轴处为凸面，像侧表面S12在近轴处为凸面。
第七透镜L7具有负光焦度，其物侧表面S13在近轴出为凹面，像侧表面S14在近轴处为凹面。
具体的，本实施例提供的光学成像镜头的设计参数如表1所示：
表1
Figure 643363DEST_PATH_IMAGE001
本实施例中，光学成像镜头中各个透镜的非球面参数如表2所示：
表2
Figure 403509DEST_PATH_IMAGE002
请参照图2、图3、图4以及图5，在本实施例中，光学成像镜头的场曲曲线图、畸变曲线图、轴上点球差曲线图以及横向色差曲线图分别如图2、图3、图4及图5所示。从图中可以看出，场曲、畸变和色差都被良好校正。
第二实施例
请参照图6，图6是本发明第二实施例提供的光学成像镜头的结构示意图。
本实施例中，如图6所示，光学成像镜头沿光轴A从物侧到像侧依次包括第一透镜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。
其中，第一透镜L1具有正光焦度，其物侧表面S1为凸面，像侧表面S2为凹面。
第二透镜L2具有负光焦度，其物侧表面S3为凹面，像侧表面S4为凹面。
第三透镜L3具有正光焦度，其物侧表面S5为凸面，像侧表面S6为凸面。
第四透镜L4具有正光焦度，其物侧表面S7在近轴处为凸面，像侧表面S8在近轴处为凸面。
第五透镜L5具有负光焦度，其物侧表面S9在近轴处为凹面，其像侧表面S10在近轴处为凹面。
第六透镜L6具有正光焦度，其物侧表面S11在近轴处为凸面，像侧表面S12在近轴处为凸面。
第七透镜L7具有负光焦度，其物侧表面S13在近轴出为凹面，像侧表面S14在近轴处为凹面。
具体的，本实施例提供的光学成像镜头的设计参数如表3所示：
表3
Figure 608225DEST_PATH_IMAGE003
本实施例中，光学成像镜头中各个透镜的非球面参数如表4所示：
表4
Figure 479229DEST_PATH_IMAGE004
请参照图7、图8、图9以及图10，在本实施例中，光学成像镜头的场曲曲线图、畸变曲线图、轴上点球差曲线图以及横向色差曲线图分别如图7、图8、图9及图10所示。从图中可以看出，场曲、畸变和色差都被良好校正。
第三实施例
请参照图11，图11是本发明第二实施例提供的光学成像镜头的结构示意图。
本实施例中，如图11所示，光学成像镜头沿光轴A从物侧到像侧依次包括第一透镜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。
本实施例提供的光学成像镜头的结构图与上述第一实施例大致相同，其最大的不同之处在于设计参数不同。
具体的，本实施例提供的光学成像镜头的设计参数如表5所示：
表5
Figure 820212DEST_PATH_IMAGE005
本实施例中，光学成像镜头中各个透镜的非球面参数如表6所示：
表6
Figure 751259DEST_PATH_IMAGE006
请参照图12、图13、图14以及图15，在本实施例中，光学成像镜头的场曲曲线图、畸变曲线图、轴上点球差曲线图以及横向色差曲线图分别如图12、图13、图14及图15所示。从图中可以看出，场曲、畸变和色差都被良好校正。
第四实施例
请参照图16，图16是本发明第二实施例提供的光学成像镜头的结构示意图。
本实施例中，如图16所示，光学成像镜头沿光轴A从物侧到像侧依次包括第一透镜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。
其中，第一透镜L1具有正光焦度，其物侧表面S1为凸面，像侧表面S2为凹面。
第二透镜L2具有负光焦度，其物侧表面S3为凸面，像侧表面S4为凹面。
第三透镜L3具有正光焦度，其物侧表面S5为凸面，像侧表面S6为凸面。
第四透镜L4具有正光焦度，其物侧表面S7在近轴处为凸面，像侧表面S8在近轴处为凸面。
第五透镜L5具有负光焦度，其物侧表面S9在近轴处为凹面，其像侧表面S10在近轴处为凸面。
第六透镜L6具有正光焦度，其物侧表面S11在近轴处为凸面，像侧表面S12在近轴处为凸面。
第七透镜L7具有负光焦度，其物侧表面S13在近轴出为凹面，像侧表面S14在近轴处为凹面。
具体的，本实施例提供的光学成像镜头的设计参数如表7所示：
表7
Figure 443271DEST_PATH_IMAGE007
本实施例中，光学成像镜头中各个透镜的非球面参数如表8所示：
表8
Figure 852387DEST_PATH_IMAGE008
请参照图17、图18、图19以及图20，在本实施例中，光学成像镜头的场曲曲线图、畸变曲线图、轴上点球差曲线图以及横向色差曲线图分别如图17、图18、图19及图20所示。从图中可以看出，场曲、畸变和色差都被良好校正。
请参阅表9，表9为上述四个实施例中的光学成像镜头分别对应的光学特性，包括光学成像镜头的焦距f、光圈数F#、镜头的光学总长TTL和视场角2θ，以及与前述的每个条件式对应的相关数值。
表9
Figure 313456DEST_PATH_IMAGE009
在以上每个实施例中，光学成像镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材质部分有所不同，具体不同可参见各实施例中的参数表。上述的实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
综上，本发明实施例提供的光学成像镜头，通过合理的搭配各透镜之间的镜片形状与光焦度组合，有效的减小了光学成像镜头整体的尺寸大小，且在小型化的同时实现了大光圈清晰成像的效果，具有小型化、大光圈和成像品质高的优点，其对便携式电子设备具有良好的适用性，能够有效提升用户的摄像体验。
本发明还提供一种成像设备，其包括上述任一实施例当中所示的光学成像镜头及成像元件，其成像元件可以是感光耦合元件(CCD)或互补性氧化金属半导体元件(CMOS)。成像设备可以是诸如数码相机的独立成像设备，也可以是集成在诸如手机等移动电子设备上的成像模块。该成像设备装配有以上描述的光学成像镜头。
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，其描述较为具体与详细，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与改进，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 (10)

1.一种光学成像镜头，其特征在于，沿光轴从物侧到像侧依次为：
光阑；
具有正光焦度的第一透镜，其物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；
具有负光焦度的第二透镜，其像侧表面为凹面；
具有正光焦度的第三透镜，其物侧表面为凸面，像侧表面为凸面；
具有正光焦度的第四透镜，其物侧表面和像侧表面在近轴处均为凸面；
具有负光焦度的第五透镜，其物侧表面在近轴处为凹面；
具有正光焦度的第六透镜，其物侧表面和像侧表面在近轴处均为凸面；
具有负光焦度的第七透镜，其物侧表面和像侧表面在近轴处均为凹面；
所述光学成像镜头满足条件式：
-2.86＜(R11+R12)/(R11-R12)＜-1.1；
其中，R11表示第一透镜物侧面的曲率半径，R12表示第一透镜像侧面的曲率半径；
所述光学成像镜头满足条件式：
7.287mm≤f*tanθ≤7.944mm；
其中，θ表示光学成像镜头的半视场角，f表示光学成像镜头的有效焦距；
所述光学成像镜头满足条件式：
1.245≤TTL/(f×tanθ)≤1.363；
其中，TTL表示光学成像镜头的总长。
2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：1.57＜CT1/ET1≤3；其中，CT1表示光学成像镜头中所述第一透镜的中心厚度，ET1表示光学成像镜头中所述第一透镜的边缘厚度。
3.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：1.47＜f3/f≤5；其中，f3表示光学成像镜头中第三透镜的有效焦距，f表示光学成像镜头的有效焦距。
4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：2.8≤f4/f≤5.26；其中，f4表示光学成像镜头中第四透镜的有效焦距，f表示光学成像镜头的有效焦距。
5.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：-1≤（R31+R32)/(R31-R32)＜-0.67；其中，R31表示光学成像镜头中第三透镜的物侧面的曲率半径，R32表示光学成像镜头中第三透镜的像侧面的曲率半径。
6.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：-1.5≤(R51+R52)/(R51-R52)≤-0.5；其中，R51表示光学成像镜头中第五透镜的物侧面的曲率半径，R52表示所述光学成像镜头中第五透镜的像侧面的曲率半径。
7.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：0.64≤CT5/ET5≤1.07；其中，CT5表示光学成像镜头中第五透镜的中心厚度，ET5表示光学成像镜头中第五透镜的边缘厚度。
8.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式：0.07≤BFL/TTL≤0.18；其中，BFL表示光学成像镜头的机械后焦，TTL表示光学成像镜头的总长度。
9.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第七透镜均为塑胶非球面透镜。
10.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的光学成像镜头，以及用于将所述光学成像镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件。
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