CN113406775B

CN113406775B - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN113406775B
Application number: CN202110957694.8A
Authority: CN
Inventors: 章彬炜; 曾昊杰; 曾吉勇
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2021-08-20
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2041-08-20
Also published as: CN113406775A

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：具有正光焦度的第一透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面和像侧面均为凹面；光阑；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，其物侧面为凹面、像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜以及所述第四透镜均为非球面镜片。该光学镜头具有长焦微距的效果，可用在双摄或多摄中作为副摄微距镜头使用，在常规微距拍摄的基础上优化成像效果；增大镜头的焦距提升放大倍率，使拍摄微距时产生类似显微镜的效果。

Description

光学镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种光学镜头及成像设备。

背景技术

“微距”意为在较近距离以大倍率进行的拍摄，人眼往往对近于15cm的物体就看不清了，而专业微距镜头的光学校正按近拍的需要进行设计，能够对细菌、花朵等微小景物近距离拍摄，得到1:1或大于1的景物照片；按德国的工业标准，成像比例大于1∶1的均为微距摄影范畴。

近年来，手机用户对微距拍照需求的不断增加，并且小型化摄影镜头的需求日渐提高，而一般摄影镜头的感光器件只有电荷耦合元件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）两种，且由于半导体制造工艺技术的精进，使得感光器件的像素尺寸缩小，再加上现今电子产品以功能佳且轻薄短小的外型为发展趋势，因此，具备良好成像品质的小型化微距镜头俨然成为目前市场上的主流。在相关技术中，目前的微距镜头成像效果不佳，焦距小，无法产生类似显微镜的效果。

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，以实现长焦微距的效果且具有较小的体积。

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：具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凹面；光阑；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为凹面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜以及所述第四透镜均为非球面镜片。

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通过四片具有特定屈折力及面型特征的镜片的合理搭配，可有效增大镜头的焦距提升放大倍率，同时具有较小的视场角，且体积较小，能够实现长焦微距的成像效果，可用在双摄或多摄中作为副摄微距镜头使用，在常规微距拍摄的基础上能够更好的优化成像效果，呈现更清晰更细微的画面特征。

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畸变曲线图；

图4为本发明第一实施例中的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图5为本发明第一实施例中的光学镜头的横向色差曲线图；

图6为本发明第二实施例中的光学镜头的结构示意图；

图7为本发明第二实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图8为本发明第二实施例中的光学镜头的畸变曲线图；

图9为本发明第二实施例中的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图10为本发明第二实施例中的光学镜头的横向色差曲线图；

图11为本发明第三实施例中的光学镜头的结构示意图；

图12为本发明第三实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图13为本发明第三实施例中的光学镜头的畸变曲线图；

图14为本发明第三实施例中的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图15为本发明第三实施例中的光学镜头的横向色差曲线图；

图16为本发明第四实施例中的光学镜头的结构示意图；

图17为本发明第四实施例中的光学镜头的场曲曲线图；

图18为本发明第四实施例中的光学镜头的畸变曲线图；

图19为本发明第四实施例中的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图20为本发明第四实施例中的光学镜头的横向色差曲线图；

图21为本发明第五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。

在本文中，近光轴处是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近光轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近光轴区域为凹面。

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、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜及滤光片。

其中，第一透镜具有正光焦度，第一透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面和像侧面均为凹面；

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，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面。

一般镜头的最高解像度和最高反差是焦点在无限远时表现出来的，但微距镜头刚好相反，它的最高解像度和最高反差是焦点在近距离时表现出来的，这样使得微距镜头夸张地表现出我们周围的微观世界。同时，微距镜头也可以用于我们的常规拍摄，如拍摄人像、书籍文字等方面，能够实现1:1或大于1的放大效果。本发明提供的光学镜头通过四片具有特定屈折力及面型特征的镜片的合理搭配，可有效增大镜头的焦距提升放大倍率，同时具有较小的视场角，且体积较小，能够实现长焦微距的成像效果，可用在双摄或多摄中作为副摄微距镜头使用，在常规微距拍摄的基础上能够更好的优化成像效果，呈现更清晰更细微的画面特征。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1.5<f3/f<3.5；（1）

其中，f3表示第三透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足条件式（1），可使第三透镜具有较大的正光焦度，有利于增大镜头的焦距，提升系统的放大倍率，更好地实现镜头的长焦特性。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.8<f123/f<0.93；（2）

其中，f123表示第一透镜至第三透镜的组合焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足条件式（2），能够实现合理的分配第一透镜、第二透镜以及第三透镜的光焦度，减缓光线转折的走势，有利于像差的矫正。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.4<CT1/∑CT<0.55；（3）

0.4<f1/f<0.6；（4）

其中，CT1表示第一透镜的中心厚度，∑CT表示第一透镜到第四透镜的中心厚度之和，f1表示第一透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足条件式（3）和（4），使第一透镜具有较大的正光焦度，达到镜头微距的作用。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.1<AC45/∑CT<0.4；（5）

其中，AC45表示第二透镜的像侧面与第三透镜的物侧面在光轴上的距离，∑CT表示第一透镜到第四透镜的中心厚度之和。满足条件式（5），有利于增大镜头的焦距，提升放大倍率，使拍摄微距时产生类似显微镜的效果，实现长焦微距的效果。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1.5<ET4/CT4<2.5；（6）

其中，ET4表示第四透镜的边缘厚度，CT4表示第四透镜的中心厚度。满足条件式（6），可有效地矫正镜头的色差以及达到镜头微距的效果。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.25mm<SAG11-SAG12<0.55mm；（7）

其中，SAG11表示第一透镜的物侧面的矢高，SAG12表示第一透镜的像侧面的矢高。满足条件式（7），使镜头具有较大的放大倍率的同时具有良好的成像效果。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.2mm<SAG41-SAG42<0.28mm；（8）

其中，SAG41表示第四透镜的物侧面的矢高，SAG42表示第四透镜的像侧面的矢高。满足条件式（8），有利于色差的矫正以及镜头解像力的提升。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-2.5<R12/R11<-1.0；（9）

其中，R11表示第一透镜的物侧面的曲率半径，R12表示第一透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（9），有利于第一透镜的镜片成型，提高量产良率。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.34mm<IH/tan(θ)<0.36mm；（10）

-0.2<β<-0.16；（11）

其中，θ表示所述光学镜头的最大半视场角，IH表示所述光学镜头的最大半视场角对应的像高，β表示所述光学镜头的像距与物距的比值，也即放大率，具体指被摄物在传感器上的像的尺寸和它的实际尺寸的比例。满足条件式（10）和（11），表明光学系统具有视场角小、焦距长的特点，系统具有较大的放大倍率，配合微距效果使用，可达到一个微距放大的作用；同时保持光学系统具有较大的的成像靶面，提升系统解像效果。通过上述微距优化作用，使被摄物距离更接近光学系统的两倍焦距，一定程度上提升了光学系统的放大倍率，达到一个微距放大的效果。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：

2<AC18/AC14<2.5；（12）

其中，AC14表示第一透镜的物侧面与第二透镜的像侧面在光轴上的距离，AC18表示第一透镜的物侧面与第四透镜的像侧面在光轴上的距离。满足条件式（12），能够合理分配光学系统中第一、二透镜的厚度及位置，使光学系统在增大焦距的同时，能够调和第一透镜与第二透镜的屈折力配置，以避免第一透镜屈折力过大而产生过多像差无法均衡导致成像质量降低。

在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜均为非球面镜片。各透镜均采用非球面镜片，不仅能够使镜头的结构紧凑、降低总长，还能够使镜头具有较好的成像质量。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在以下每个实施例中，光学镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径有所不同，具体不同可参见各实施例中的参数表。

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，距离非球面顶点的距离矢高，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、第二透镜L2、光阑ST、第三透镜L3、第四透镜L4以及滤光片G1。

第一透镜L1具有正光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面，第一透镜的像侧面S2为凸面；

第二透镜L2具有负光焦度，第二透镜的物侧面S3为凹面，第二透镜的像侧面S4为凹面；

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为凹面，第四透镜的像侧面S8在近光轴处为凹面。

其中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4均为塑胶非球面镜片；在其它一些实施方式中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4也可均为玻璃镜片，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100中各个镜片的相关参数如表1所示。

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

在本实施例中，光学镜头100的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图2、图3、图4和图5所示。

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，从图3中可以看出，光学畸变控制在2%以内，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，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，说明光学镜头100的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

第二实施例

请参阅图6，所示为本实施例提供的光学镜头200的结构示意图，本实施例中的光学镜头200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：本实施例中的光学镜头200各透镜的曲率半径及厚度选择不同。

本实施例提供的光学镜头200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200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200的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图7、图8、图9和图10所示，由图7至图10可以看出，光学镜头200的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

第三实施例

请参阅图11，所示为本实施例提供的光学镜头300的结构示意图，本实施例中的光学镜头300的结构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：本实施例中的光学镜300各透镜的曲率半径及厚度选择不同。

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300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300的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图12、图13、图14和图15所示，由图12至图15可以看出，光学镜头300的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

第四实施例

请参阅图16，所示为本实施例提供的的光学镜头400的结构示意图，本实施例中的光学镜头400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：本实施例中的光学镜头400各透镜的曲率半径及厚度选择不同。

本实施例中的光学镜头400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400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400的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图17、图18、图19和图20所示，由图17至图20可以看出，光学镜头400的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

表9是上述四个实施例对应的光学特性，主要包括系统的有效焦距f、光圈数F#、光学总长TTL及视场角2θ，以及与上述每个条件式对应的数值。

表9

综上，本发明实施例中提供的光学镜头具有以下的优点：

（1）现在市面上常见的长焦微距镜头，存在成像品质提高的同时，镜头材质成本较高，且组装工艺较复杂，不利于市场的推广应用；本发明提供的长焦微距镜头采用四片塑胶镜片，总长较小的同时具有较大的放大倍率以及优良的成像质量。

（2）所述光学镜头采用四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，使镜头的总长较小，视场角较小，能够实现长焦微距的成像效果，可用在双摄或多摄中作为副摄微距镜头使用，在常规微距拍摄的基础上优化成像效果。

（3）所述光学镜头采用四片非球面塑胶镜片，利用非球面模具制造技术，能够大量生产，降低生产成本。

第五实施例

请参阅图21，所示为本发明第五实施例提供的成像设备500，该成像设备500可以包括成像元件510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510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500可以是智能手机、Pad以及其它任意一种形态的装载了上述光学镜头的便携式电子设备。

本申请实施例提供的成像设备500包括光学镜头100，由于光学镜头100能够实现长焦微距的效果且具有较小的体积的优点，具有该光学镜头100的成像设备500也能够实现长焦微距的效果且具有较小的体积的优点。

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

1.一种光学镜头，其特征在于，共四片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次包括：

具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凹面；

光阑；

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为凹面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜以及所述第四透镜均为非球面镜片；

所述光学镜头满足条件式：

1.5<ET4/CT4<2.5；

其中，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度，CT4表示所述第四透镜的中心厚度。

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：

1.5<f3/f<3.5；

其中，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

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：

0.8<f123/f<0.93；

其中，f123表示所述第一透镜至所述第三透镜的组合焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

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：

0.4<CT1/∑CT<0.55；

0.4<f1/f<0.6；

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，∑CT表示所述第一透镜至所述第四透镜的中心厚度之和，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

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：

0.1<AC45/∑CT<0.4；

其中，AC45表示所述第二透镜的像侧面与所述第三透镜的物侧面在光轴上的距离，∑CT表示所述第一透镜到所述第四透镜的中心厚度之和。

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：

0.25mm<SAG11-SAG12<0.55mm；

其中，SAG11表示所述第一透镜的物侧面的矢高，SAG12表示所述第一透镜的像侧面的矢高。

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：

0.2mm<SAG41-SAG42<0.28mm；

其中，SAG41表示所述第四透镜的物侧面的矢高，SAG42表示所述第四透镜的像侧面的矢高。

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：

-2.5<R12/R11<-1.0；

其中，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R12表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径。

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：

5.0mm<IH/tan(θ)<6.0mm；

-0.2<β<-0.16；

其中，θ表示所述光学镜头的最大半视场角，IH表示所述光学镜头的最大半视场角对应的像高，β表示所述光学镜头的像距与物距的比值。

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：

2<AC18/AC14<2.5；

AC14表示所述第一透镜的物侧面与所述第二透镜的像侧面在光轴上的距离，AC18表示所述第一透镜的物侧面与所述第四透镜的像侧面在光轴上的距离。

11.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-10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。