CN113253429B

CN113253429B - 广角镜头及成像设备

Info

Publication number: CN113253429B
Application number: CN202110634858.3A
Authority: CN
Inventors: 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: 2021-06-08
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2021-09-17
Anticipated expiration: 2041-06-08
Also published as: CN113253429A

Abstract

本发明公开了一种广角镜头及成像设备，该广角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，其物侧面和像侧面均为凸面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，其物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点、像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点；具有正光焦度的第五透镜，其物侧面在近光轴处为凸面且具有至少一个反曲点、像侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点。该广角镜头能够实现镜头广视角、小型化及高品质成像的均衡。

Description

广角镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种广角镜头及成像设备。

背景技术

随着消费电子市场的快速增长，加上社交、视频、直播类软件的流行，人们对于摄像镜头的成像质量要求越来越高，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，智能手机等便携式电子设备也在朝着轻薄化、全面屏、超高清成像等方向发展，为了追求更佳的成像效果，这就对搭载在便携式电子设备上的摄像镜头提出了更高要求。由于广角镜头的用途很广泛，对于近距离拍摄大范围景物非常有用，并且容易得到视觉冲击力强烈的画面，所以广角镜头得以在手机等电子设备上广泛应用。

然而，目前市场上大多数广角镜头的体积较大且成像品质不佳，难以满足便携式电子设备的轻薄化与高清成像需求。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种广角镜头及成像设备，以解决现有技术当中广角镜头无法较好的实现广视角、小型化及高品质成像均衡的技术问题。

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，本发明提供了一种广角镜头，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为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；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且具有至少一个反曲点，所述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；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；所述广角镜头满足以下条件式：TTL≤4.1mm，0.2<f/f5<20，其中，TTL表示所述广角镜头的光学总长，f5表示所述第五透镜的焦距，f表示所述广角镜头的焦距。

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广角镜头，成像元件用于将广角镜头形成的光学图像转换为电信号。

相较现有技术，本发明提供的广角镜头采用五片具有特定光焦度的塑胶镜片，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，具有更好的成像质量，从而较好的实现了镜头广视角、小型化及高品质成像的均衡。

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广角镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中的广角镜头的场曲曲线图；

图3为本发明第一实施例中的广角镜头的垂轴色差曲线图；

图4为本发明第二实施例中的广角镜头的场曲曲线图；

图5为本发明第二实施例中的广角镜头的垂轴色差曲线图；

图6为本发明第三实施例中的广角镜头的场曲曲线图；

图7为本发明第三实施例中的广角镜头的垂轴色差曲线图；

图8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。

本发明提出一种广角镜头，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，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凸面；

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；

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。

同时，所述广角镜头满足条件式：TTL≤4.1mm，0.2<f5/f<1.5，其中，TTL表示广角镜头的光学总长，f5表示第五透镜的焦距，f表示广角镜头的焦距。通过合理控制第五透镜的焦距并使其具有正焦距，有利于校正所述广角镜头的像差，提高成像质量，同时有利于缩短所述广角镜头总长，实现系统小型化。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

-0.55<R1/f1<0；（1）

其中，R1表示第一透镜的物侧面的曲率半径，f表示第一透镜的焦距。满足条件式（1），通过合理控制第一透镜的面型及焦距关系，使所述广角镜头具有合适的视场深度，有利于实现镜头的大广视角与系统小型化的均衡。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

-10<f1/f<-2；（2）

0.8<f2/f<1.5；（3）

其中，f1表示第一透镜的焦距，f2表示第二透镜的焦距，f表示广角镜头的焦距。满足条件式（2），能够使第一透镜具有合适的负焦距，有利于校正所述广角镜头的光学畸变，提高解像品质；同时满足条件式（3），能够合理控制第二透镜的焦距占比，使第二透镜具有较小的正焦距，有利于校正所述广角镜头的光学畸变和像差，提高系统的成像品质。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

-1 <R4/f<-0.5；（4）

其中，R4表示第二透镜的像侧面的曲率半径，f表示广角镜头的焦距。满足条件式（4），能够合理设置第二透镜的像侧面面型，降低系统敏感度，有利于提高生产良率。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

-8< f1/f2<-4；（5）

-6< f1/f3<-3；（6）

0.5<f2/f3<1；（7）

其中，f1表示第一透镜的焦距，f2表示第二透镜的焦距，f3表示第三透镜的焦距。满足条件式（5）、（6）和（7），能够合理搭配第一透镜至第三透镜的焦距，有利于校正所述广角镜头的高级像差，同时有利于减小镜头的光学总长，实现系统的小型化。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

Nd4>Nd2；（8）

Nd4>Nd3；（9）

其中，Nd2表示第二透镜的材质折射率，Nd3表示第三透镜的材质折射率，Nd4表示第四透镜的材质折射率。满足条件式（8）和（9），能够合理搭配第二透镜至第四透镜的折射率，使所述广角镜头满足广视场和较小色差的均衡，有利于校正所述广角镜头的色差。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.2 <R8/f5<0.7；（10）

其中，R8表示第四透镜的像侧面的曲率半径，f5表示第五透镜的焦距。满足条件式（10），能够合理控制第四透镜像侧面的曲率半径和第五透镜焦距的比值，起减缓光线的转折趋势的作用，有利于校正像差的同时缩短所述广角镜头的总长，实现系统的小型化。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

1.5<(f3+f4+f5)/f<2.5；（11）

其中，f3表示第三透镜的焦距，f4表示第四透镜的焦距，f5表示第五透镜的焦距，f表示广角镜头的焦距。满足条件式（11），能够合理搭配第三透镜至第五透镜的焦距，使广角镜头的结构更加紧凑，有利于实现系统的小型化，同时有利于降低系统的敏感度。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

1.1< CT5/ET5<2.0；（12）

-15<(R9+R10)/(R9-R10)<-3；（13）

其中，CT5表示第五透镜的中心厚度，ET5表示第五透镜在有效口径处的边缘厚度，R9表示第五透镜的物侧面的曲率半径，R10表示第五透镜像侧面的曲率半径。满足条件式（12）和（13），能够合理控制第五透镜的面型，提高轴外视场的解像品质，同时有利于减小所述广角镜头的总长，实现所述广角镜头高品质成像和体积小型化的均衡。

在一些实施方式中，所述广角镜头满足以下条件式：

0.4<CT4/ET4<0.6；（14）

-4<SAG8.1/SAG8<1.5；（15）

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边缘厚度，SAG8表示第四透镜的像侧面的边缘矢高，SAG8.1表示第四透镜的像侧面上反曲点处的矢高。满足条件式（14）和（15），能够合理控制第四透镜的薄厚比及面型，有利于矫正轴外视场的像差，提高所述光学镜头的解像质量。

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地说明。在各个实施例中，广角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。下述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下述实施例的限制，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。

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，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

第一实施例

请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的广角镜头100的结构示意图，该广角镜头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以及滤光片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为凸面，第二透镜的像侧面S4为凸面；

第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5为凹面，第三透镜的像侧面S6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一个反曲点；

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。

本发明第一实施例提供的广角镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示。

表1

本实施例中的广角镜头100的各非球面的面型系数如表2所示。

表2

请参照图2和图3，所示分别为广角镜头100的场曲曲线图以及垂轴色差曲线图。

图2的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度，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，说明广角镜头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（0.55μm）在成像面上不同像高处的色差，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。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±1微米以内，说明该广角镜头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

本发明第二实施例提供的广角镜头与第一实施例中的广角镜头100大抵相同，不同之处在于，各透镜的曲率半径、材料选择不同。

本实施例提供的广角镜头中各个镜片的相关参数如表3所示。

表3

本实施例中的广角镜头的各非球面的面型系数如表4所示。

表4

请参照图4和图5，所示分别为本实施例提供的广角镜头的场曲曲线图以及垂轴色差曲线图。

图4表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图4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，说明广角镜头的场曲矫正良好。

图5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5中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±1微米以内，说明该广角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

本发明第三实施例提供的广角镜头与第一实施例中的广角镜头100大抵相同，不同之处在于，各透镜的曲率半径、材料选择不同。

本实施例提供的广角镜头中各个镜片的相关参数如表5所示。

表5

本实施例中的广角镜头的各非球面的面型系数如表6所示。

表6

请参照图6和图7，所示分别为广角镜头的场曲曲线图以及垂轴色差曲线图。

图6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，说明广角镜头的场曲矫正良好。

图7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控制在±1微米以内，说明该广角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7是上述三个实施例对应的光学特性，主要包括广角镜头的有效焦距f、光圈数F#、入瞳直径EPD、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7

综上，本发明提供的广角镜头至少具有以下优点：

(1) 由于光阑及各透镜形状设置合理，一方面使得广角镜头的头部外径可以做得较小，满足高屏占比的需求；另一方面，使得广角镜头的总长较短，体积较小，能够更好的满足便携式智能电子产品，例如手机的轻薄化的发展趋势。

(2) 采用具有特定屈折力的五片非球面镜片，并且满足特定的面型搭配，使镜头的畸变、色差及像差得到有效矫正，在满足大视场的同时具有良好的成像品质，较好的实现了广视角和高品质成像的均衡。

第四实施例

请参阅图8，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广角镜头（例如广角镜头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可以是相机、移动终端以及其他任意一种形态的装载了广角镜头的电子设备，移动终端可以是智能手机、智能平板、智能阅读器等终端设备。

本申请实施例提供的成像设备400包括广角镜头100，由于广角镜头100具有小体积、大视场以及解像能力高等优点，因此成像设备400也具有小体积、大视场以及解像能力高等优点。

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保护范围的限制。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，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种广角镜头，其特征在于，所述广角镜头中透镜的数量为5片，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为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；

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且具有至少一个反曲点，所述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；

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；

所述广角镜头满足以下条件式：

TTL≤4.1mm；

0.2<f/f5<1.5；

0.4<CT4/ET4<0.6；

-4<SAG8.1/SAG8<1.5；

其中，TTL表示所述广角镜头的光学总长，f5表示所述第五透镜的焦距，f表示所述广角镜头的焦距，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边缘厚度，SAG8表示所述第四透镜的像侧面的边缘矢高，SAG8.1表示所述第四透镜的像侧面上反曲点处的矢高。

2.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

-0.55<R1/f1<0；

其中，R1表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，f1表示所述第一透镜的焦距。

3.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

-10<f1/f<-2；

0.8<f2/f<1.5；

其中，f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距，f表示所述广角镜头的焦距。

4.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

-1<R4/f<-0.5；

其中，R4表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，f表示所述广角镜头的焦距。

5.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

-8<f1/f2<-4；

-6<f1/f3<-3；

0.5<f2/f3<1；

其中，f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距，f3表示所述第三透镜的焦距。

6.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

Nd4>Nd2；

Nd4>Nd3；

其中，Nd2表示所述第二透镜的材质折射率，Nd3表示所述第三透镜的材质折射率，Nd4表示所述第四透镜的材质折射率。

7.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

0.2 <R8/f5<0.7；

其中，R8表示所述第四透镜的像侧面的曲率半径，f5表示所述第五透镜的焦距。

8.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

1.5<(f3+f4+f5)/f<2.5；

其中，f3表示所述第三透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距，f5表示所述第五透镜的焦距，f表示所述广角镜头的焦距。

9.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足以下条件式：

1.1<CT5/ET5<2.0；

-15<(R9+R10)/(R9-R10)<-3；

其中，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边缘厚度，R9表示所述第五透镜的物侧面的曲率半径，R10表示所述第五透镜像侧面的曲率半径。

10.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的广角镜头及成像元件，所述成像元件用于将所述广角镜头形成的光学图像转换为电信号。