具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干个实施例。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。
需要说明的是,当元件被称为“固设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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。本文中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。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种光学镜头,共具有六片透镜,其特征在于,沿光轴从物侧到成像面依次包括:
光阑;
具有正光焦度的第一透镜,物侧面为凸面,像侧面为凹面;
具有负光焦度的第二透镜,物侧面为凸面,像侧面为凹面;
具有正光焦度的第三透镜,物侧面在近光轴处为凸面,像侧面为凸面;
具有负光焦度的第四透镜,物侧面为凹面,像侧面为凸面;
具有正光焦度的第五透镜,物侧面在近光轴处为凸面,像侧面为凸面;
具有负光焦度的第六透镜,物侧面在近光轴处为凹面,像侧面在近光轴处为凹面;
其中,光学镜头中的六块镜片都是非球面镜片。
目前,大光圈镜头因其具有在微光甚至昏暗环境中拍摄,主体突出背景虚化和提高快门速度等方面具有很大的优势而广受消费者青睐。且较于价格昂贵的变焦大光圈镜头,本发明所提供是制作工艺成熟,结构相对简单的定焦大光圈光学镜头。它采用了六片具有特定屈折力的镜片,并且采用特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配,在满足高像素、体型小的同时也极大地降低了成本,更有利于市场的推广。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
1.35<TTL/ImgH<1.45;
其中,TTL和ImgH分别表示第一透镜的物侧面到光学镜头的成像面在光轴上的距离和光学镜头的成像面上有效感光区域的对角线长度的一半。满足上述条件式,可以使光学镜头紧凑,满足小型化的需求,且同时有利于使光学镜头具有高像素、大孔径、超薄等特点。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
0.005mm<ETS<0.015mm;
其中,ETS表示光阑到第一透镜的边缘距离。满足上述条件式,可以减弱因为镜筒成型产生的毛刺和通光孔不圆所导致杂光问题,一般这种杂光出现在小角度,非常影响成像效果。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
1.5<f1/D11<2.0;
其中,f1表示光学镜头中第一透镜的有效焦距, D11表示光学镜头中第一透镜物侧面的直径。满足上述条件式,可以有效地提高镜头的通光量,实现镜头具有在微光甚至昏暗环境中拍摄,主体突出背景虚化和提高快门速度的目标。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
2.0<f3/f1<6.0;
其中,f1和f3分别表示光学镜头中第一透镜的有效焦距和第三透镜的有效焦距。满足上述条件式,可以有效的分配第一透镜和第三透镜的光焦度的分布,从而可以平衡第一透镜的正光焦度,以避免光焦度过度集中于第一透镜而使球差过的增大。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
-0.5<(f3+f4)/f<3.0;
其中,f3和f4分别表示光学镜头中第三透镜的有效焦距和第四透镜的有效焦距,而f表示光学镜头的有效焦距。满足上述条件式,可以有效地减缓光线的聚焦的效率,使该光学系统中的光线能够平滑且没有过大转折的情况下成像,减小了像差矫正的难度,提高镜头的成像品质。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
-0.5<SAG51/CT5<-0.3;
-1.0<SAG52/CT5<-0.5;
其中,SAG51和SAG52分别表示光学镜头中第五透镜的物侧面于最大有效孔径处的矢高和第五透镜的像侧面于最大有效孔径处的矢高,CT5表示光学镜头的第五透镜的中心厚度。满足上述条件式,可以合理地控制整个光学成像透镜组的场曲感度问题,减小第五透镜在整个光学成像透镜组的像散和彗差贡献量的同时有利于降低第五透镜物侧面和像侧面的面型复杂度,进而有利于第五透镜的加工成型,减少了透镜的成型不良的缺陷。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
-6<SAG61/CT6<0;
-6<SAG62/CT6<0;
其中,SAG61和SAG62分别表示光学镜头中第六透镜的物侧面于最大有效孔径处的矢高和第六透镜的像侧面于最大有效孔径处的矢高,CT6表示光学镜头的第六透镜的中心厚度。满足上述条件式,可以合理地控制第六透镜物侧面和像侧面的面型复杂度,进而有利于第六透镜的加工成型,减少了透镜的成型不良的缺陷;同时还能够修整物方各透镜所产生的场曲,以促使光学镜头的场曲平衡,提高光学镜头的成像质量。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
1.0<(CT5+CT6)/(ET5+ET6)<1.5;
1.5<CT56/ET56<2.5;
其中,CT5和CT6表示光学镜头中第五透镜的中心厚度和第六透镜的中心厚度,ET5和ET6表示光学镜头中第五透镜的边缘厚度和第六透镜的边缘厚度,CT56表示光学镜头中第五透镜到第六透镜的光轴上的距离,ET56表示光学镜头中第五透镜到第六透镜的外径处的边缘的距离。满足上述条件式,可以使光学系统中从第五透镜到第六透镜的光线在外围视场中起到更大的汇聚作用,有利于缩短镜头总长增大成像面积,同时可以均衡中心的解像力和边缘的解像力,使其在肉眼可分辨的条件下,基本中心像质和边缘像质基本相当。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
-0.2<f5/f36<0.2;
其中,f5表示光学镜头中第五透镜的有效焦距,而f36则表示光学镜头中第三透镜至第六透镜的有效焦距。满足上述条件式,可以使第五透镜在第三透镜到第六透镜的光学系统中承担主要的正光焦度,起到了汇聚光线的作用,有助于光学系统中场曲的矫正。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
0.1<CT23/D31<0.3
其中,CT23表示第二透镜到第三透镜在光轴上的距离,D31表示第三透镜物侧面的直径。满足上述条件式,可以提高经第二透镜后的光线进行发散再汇聚,使其平缓过渡至后方光学系统的成像面,有利于镜头后端口径和后端尺寸的减小和镜头的光学总长度的缩短,从而有利于实现镜头的小型化。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
-0.3<R51/R52<-0.2;
其中,R51表示光学镜头中第五透镜物侧面曲率半径,R52表示光学镜头中第五透镜像侧面曲率半径。满足上述条件式,可以合理地控制第五透镜的面型形状,合理地分配系统中光焦度的分配,有利于光学镜头解像力的提升。
在一些实施例中,光学镜头满足以下条件式:
-25<(f1+f2)/(CT1+CT2)<-5;
其中,f1表示光学镜头中第一透镜的有效焦距,f2表示光学镜头中第二透镜的有效焦距,CT1表示光学镜头中第一透镜的中心厚度,CT2表示光学镜头中第二透镜的中心厚度。满足上述条件式,可以有效的控制光学系统的球差和色差的变化趋势,降低光学系统球差和色差的矫正难度。
在一些实施例中,第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为塑胶非球面镜片。各透镜均采用非球面镜片,采用非球面镜片至少具有以下三个优点:
1.镜头具有更好的成像质量;
2.镜头的结构更为紧凑;
3.镜头的光学总长更短。
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,距离非球面顶点的距离矢高,c为表面的近轴曲率半径,k为二次曲面系数,A2i为第2i阶的非球面面型系数。
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,所示为本发明第一实施例提供的光学镜头结构示意图,该光学镜头沿近光轴方向从物侧面到像侧面依次为:光阑ST,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以及红外滤光片G1。
第一透镜L1为具有正光焦度的塑胶非球面透镜,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为具有负光焦度的塑胶非球面透镜,第二透镜的物侧面S3为凸面,第二透镜的像侧面S4为凹面;
第三透镜L3为具有正光焦度的塑胶非球面透镜,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为凸面;
第四透镜L4为具有负光焦度的塑胶非球面透镜,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为具有正光焦度的塑胶非球面透镜,第五透镜的物侧面S9在近光轴处为凸面,第五透镜的像侧面S10为凸面;
第六透镜L6为具有负光焦度的塑胶非球面透镜,第六透镜的物侧面S11在近光轴处为凹面,第六透镜的像侧面S12在近光轴处为凹面。
在一些实施例中,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以及第六透镜L6也可以是玻璃镜片,或者也可以是塑胶镜片和玻璃镜片的组合。
本实施例提供的光学镜头中各个镜片的相关参数如表1所示,其中R代表曲率半径,d代表光学表面间距,nd代表材料的d线折射率,Vd代表材料的阿贝数。
表1
本实施例中的光学镜头的各非球面的面型系数如表2所示。
表2
在本实施例中,光学镜头的场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差的曲线图分别如图2、图3、图4和图5所示。
图2的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度,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,说明光学镜头的场曲得到较好的矫正。
图3的畸变曲线表示成像面上不同像高处的f-tanθ畸变,横轴表示f-tanθ畸变,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光学畸变控制在±2%以内,说明光学镜头的畸变得到良好的矫正。
图4的轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差,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±0.03毫米以内,说明光学镜头能够有效地矫正轴向色差;
图5的垂轴色差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,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5中可以看出,最长波长和最短波长的垂轴色差控制在±2微米以内,说明该光学镜头能够有效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
请参阅图6,所示为本实施例提供的光学镜头的结构示意图,本实施例中的光学镜头与第一实施例中的光学镜头的结构变化不大,其中最大的变化是第六透镜的中心厚度。
本实施例提供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
在本实施例中,光学镜头的场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差的曲线图分别如图7、图8、图9和图10所示。
图7表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图7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得到较好的矫正。
图8表示成像面上不同像高处的f-tanθ畸变。从图8中可以看出,成像面上不同像高处的光学畸变控制在±2%以内,说明光学镜头的畸变得到良好的矫正。
图9表示成像面处光轴上的像差。从图9中可以看出,轴向色差的偏移量控制在±0.03毫米以内,说明光学镜头能够有效地矫正轴向色差。
图10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
请参阅图11,所示为本实施例提供的光学镜头的结构示意图,本实施例中的光学镜头的结构与第一实施例中的光学镜头的结构基本相同。
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
在本实施例中,光学镜头的场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差的曲线图分别如图12、图13、图14和图15所示。
图12表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度;从图12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得到较好的矫正。
图13表示成像面上不同像高处的f-tanθ畸变;从图13中可以看出,成像面上不同像高处的光学畸变控制在±2%以内,说明光学镜头的畸变得到良好的矫正。
图14表示成像面处光轴上的像差;从图14中可以看出,轴向色差的偏移量控制在±0.04毫米以内,说明光学镜头能够有效地矫正轴向色差。
图15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15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。
第四实施例
请参阅图16,所示为本实施例提供的光学镜头的机构示意图,本实施例中的光学镜头与第一实施例中的光学镜头的结构大抵相同,最大的差异在于第二透镜、第三透镜及第四透镜相互间的间隙变化。
本实施例中的光学镜头中各个镜片的相关参数如表7所示。
表7
本实施例中的光学镜头的各非球面的面型系数如表8所示。
表8
在本实施例中,光学镜头的场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差的曲线图分别如图17、图18、图19和图20所示。
图17表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度;从图17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得到较好的矫正;
图18表示成像面上不同像高处的f-tanθ畸变;从图18中可以看出,成像面上不同像高处的光学畸变控制在±2%以内,说明光学镜头的畸变得到良好的矫正。
图19表示成像面处光轴上的像差;从图19中可以看出,轴向色差的偏移量控制在±0.02毫米以内,说明光学镜头能够有效地矫正轴向色差。
图20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20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是上述四个实施例对应的光学特性,主要包括系统焦距f、光圈数F#、光学总长TTL及视场角FOV,以及与上述每个条件式对应的数值。
表9
综上,本实施例提供的光学镜头至少具有以下优点:
(1)较于价格昂贵的变焦大光圈镜头,本发明所提供是制作工艺成熟,结构相对简单的定焦大光圈光学镜头。它采用了六片具有特定屈折力的镜片,并且采用特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配,在满足高像素、体型小的同时也极大地降低了成本,更有利于市场的推广。
(2)能够更大范围地控制光量进入机身,通光量的控制范围也更大,有利于微光或昏暗环境的拍摄。
(3)景深范围设置更大,拍摄时更容易将主体突出,使周围的无关元素变得模糊。
(4)可以提高拍摄过程中的快门速度,有效减小拍摄中抖动的频率。
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。