CN113238338A - 光学镜头及成像设备 - Google Patents
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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：具有负光焦度的第一透镜，其物侧面在近光轴处为凸面，像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有负光焦度的第三透镜，其物侧面在近光轴处为凸面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；以及具有负屈折力的第五透镜，其物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点，其像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点。该光学镜头能够较好的实现镜头微型化和广视角的均衡。
Description
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
光学镜头是光学成像系统中的重要组成部分，是现在手机、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
为此，本发明的目的在于提出一种光学镜头及成像设备，以解决现有技术当中光学镜头无法较好的实现微型化和广视角的均衡的技术问题。
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：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面，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为凸面，所述第二透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点，所述第五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第五透镜均为塑胶非球面镜片。
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，采用五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，在满足广视角的同时结构更紧凑，总长更短，具有更好的成像质量，从而较好的实现了镜头微型化和广视角的均衡。
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场曲曲线图；
图6为本发明第二实施例中的光学镜头的垂轴色差曲线图；
图7为本发明第二实施例中的光学镜头的轴向色差曲线图；
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垂轴色差曲线图；
图10为本发明第三实施例中的光学镜头的轴向色差曲线图；
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、第五透镜以及滤光片。
其中，第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凸面；
第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；
第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凸面；
第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点，第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
0.8<R1/f<1.0； (1)
其中，R1表示第一透镜的物侧面的曲率半径，f表示光学镜头的焦距。满足条件式(1)，能够合理控制第一透镜的物侧面的发散能力，有利于实现所述光学镜头的大广角且具有较大的成像面积，同时有利于减小后续透镜的口径和光学镜头的体积。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
1.5/mm<tan(HFOV)/DM1<1.7/mm； (2)
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(2)，有利于实现大广角的同时，将所述光学镜头的头部尺寸做小，减小屏幕的开窗面积，使镜头具有较小的体积。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
-46<f1/f<-6； (3)
6<(R1+R2)/(R1-R2)<24； (4)
其中，f1表示第一透镜的焦距，f表示光学镜头的焦距，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。满足条件式(3)和(4)，通过合理控制第一透镜的焦距和面型，有利于减小所述光学镜头的像差，使镜头具有较高的成像品质。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
0.3<CT12/CT1<0.7； (5)
其中，CT1表示第一透镜的中心厚度，CT12表示第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隔。满足条件式(5)，通过合理控制第一透镜和第二透镜的厚度及空气间隔，可以有效调节光线的分布，减小所述光学镜头的敏感度，同时还能使镜头的结构更加紧凑。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
-0.8<R5/f3<-0.6； (6)
其中，R5表示第三透镜的物侧面的曲率半径，f3表示第三透镜的焦距。满足条件式(6)，能够合理控制第三透镜的焦距和面型，有利于矫正轴外视场的像差，提高所述光学镜头的解像品质。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
0.09<CT34/TTL<0.11； (7)
其中，CT34表示第三透镜与第四透镜在光轴上的空气间隔，TTL表示光学镜头的光学总长。满足条件式(7)，能够合理分配第三透镜和第四透镜之间的空气间隔，有利于减小所述光学镜头的敏感度，同时，有利于缩短所述光学镜头的总长。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
-0.5<R7/f<-0.3； (8)
其中，R7表示四透镜的物侧面的曲率半径，f表示光学镜头的焦距。满足条件式(8)，通过控制第四透镜的物侧面的曲率半径，能够合理调节进入第四透镜的物侧面的光线入射角，有利于降低镜头的敏感度。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
1.2<f4/f<1.7； (9)
5<(R7+R8)/(R7-R8)<10； (10)
其中，f4表示第四透镜的焦距，f表示光学镜头的焦距，R7表示第四透镜的物侧面的曲率半径，R8表示第四透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式(9)和(10)，通过合理控制第四透镜的焦距和面型，有利于矫正所述光学镜头的畸变，减小轴外视场的像差，提高所述光学镜头的解像品质。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
1.8<CT4/ET4<2.2； (11)
其中，CT4表示第四透镜的中心厚度，ET4表示第四透镜在有效口径处的厚度。满足条件式(11)能够合理控制第四透镜的面型，有利于减缓光线的屈折程度，提高镜头的相对照度。
在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
0.8<CT5/ET5<1.0； (12)
0.65<CT4/CT5<0.7； (13)
其中，CT4表示第四透镜的中心厚度，CT5表示第五透镜的中心厚度，ET5表示所述第五透镜在有效口径处的厚度。满足条件式(12)和(13)，通过合理控制第五透镜的面型，有利于第五透镜的加工成型，同时能够合理分配第四透镜和第五透镜的中心厚度，降低像差矫正的难度，提高所述光学镜头的解像品质。
在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜均为塑胶非球面镜片。
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。
本发明各个实施例中非球面镜头的表面形状均满足下列方程：
其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的矢高，c为表面的近轴曲率，k为二次曲面系数，A2i为第2i阶的非球面面型系数。
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、第五透镜L5、滤光片G1。
第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1在近光轴处为凸面，第一透镜的像侧面S2为凹面；
具第二透镜L2有正光焦度，第二透镜的物侧面S3为凸面，第二透镜的像侧面S4为凸面；
第三透镜L3具有负光焦度，第三透镜的物侧面S5在近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面S6为凹面；
具第四透镜L4有正光焦度，第四透镜的物侧面S7为凹面，第四透镜的像侧面S8为凸面；
第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面S9在近光轴处为凸面且具有一个反曲点，第五透镜的像侧面S10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和第五透镜L5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
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
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、垂轴色差曲线图以及轴向色差曲线图。
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的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长(0.550μm)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。
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中横轴表示轴向色差值(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±0.02毫米以内，说明该光学镜头100能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。
第二实施例
本实施例中的光学镜头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、材料选择不同。
本实施例提供的光学镜头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的各非球面的面型系数如表4所示。
表4
请参照图5、图6和图7，所示分别为本实施例的光学镜头的场曲曲线图、垂轴色差曲线图以及轴向色差曲线图。
图5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±0.2毫米以内，说明光学镜头的场曲矫正良好。
图6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6中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±2.0微米以内，说明光学镜头的垂轴色差得到良好的矫正。
图7表示成像面处光轴上的像差。从图7中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.03毫米以内，说明该光学镜头能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。
第三实施例
本实施例中的光学镜头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、材料选择不同。
本实施例提供的光学镜头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的各非球面的面型系数如表6所示。
表6
请参照图8、图9和图10，所示分别为本实施例的光学镜头的场曲曲线图、垂轴色差曲线图以及轴向色差曲线图。
图8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±0.3毫米以内，说明光学镜头的场曲矫正良好。
图9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9中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±2.0微米以内，说明光学镜头的垂轴色差得到良好的矫正。
图10表示成像面处光轴上的像差。从图10中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.02毫米以内，说明该光学镜头能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。
表9是上述三个实施例对应的光学特性，主要包括光学镜头的焦距f、光圈数F#、光学总长TTL、视场角2θ，以及与上述每个条件式对应的数值。
表9
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开窗口径，从而使镜头的头部外径可以做得较小，满足高屏占比的需求，能够更好的满足全面屏的使用需求。
(2)采用具有特定屈折力的五片塑胶非球面镜片，并且采用特定的表面形状及其搭配，在满足大视场的同时成像品质更高，较好的实现了广视角和高像素的均衡。
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。
成像设备400可以是相机、移动终端以及其他任意一种形态的装载了光学镜头的电子设备，移动终端例如是智能手机、智能平板电脑、智能阅读器等终端设备。
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具有小体积、大视场以及高像素的优点，具有该光学镜头100的成像设备400也具有小体积、大视场以及高像素的优点。
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 (12)
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在近光轴处为凸面，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为凸面，所述第二透镜的像侧面为凸面；
具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；
具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凸面；
具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点，所述第五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第五透镜均为塑胶非球面镜片。
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：
0.8<R1/f<1.0；
其中，R1表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，f表示所述光学镜头的焦距。
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：
1.5/mm<tan(HFOV)/DM1<1.7/mm；
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。
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：
-46<f1/f<-6；
6<(R1+R2)/(R1-R2)<24；
其中，f1表示所述第一透镜的焦距，f表示所述光学镜头的焦距，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。
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：
0.3<CT12/CT1<0.7；
其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，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。
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：
-0.8<R5/f3<-0.6；
其中，R5表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径，f3表示所述第三透镜的焦距。
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：
0.09<CT34/TTL<0.11；
其中，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，TTL表示所述光学镜头的光学总长。
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：
-0.5<R7/f<-0.3；
其中，R7表示所述四透镜的物侧面的曲率半径，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：
1.2<f4/f<1.7；
5<(R7+R8)/(R7-R8)<10；
其中，f4表示所述第四透镜的焦距，f表示所述光学镜头的焦距，R7表示所述第四透镜的物侧面的曲率半径，R8表示所述第四透镜的像侧面的曲率半径。
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：
1.8<CT4/ET4<2.2；
其中，CT4表示所述第四透镜的中心厚度，ET4表示所述第四透镜在有效口径处的厚度。
11.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：
0.8<CT5/ET5<1.0；
0.65<CT4/CT5<0.7；
其中，CT4表示所述第四透镜的中心厚度，CT5表示所述第五透镜的中心厚度，ET5表示所述第五透镜在有效口径处的厚度。
12.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-11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。
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