CN113703139A

CN113703139A - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN113703139A
Application number: CN202111267541.7A
Authority: CN
Inventors: 章彬炜; 徐文; 曾昊杰; 曾吉勇
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2041-10-29
Also published as: CN113703139B

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：光阑；具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面和像侧面在近光轴处均为凹面；具有光焦度的第三透镜；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其物侧面和像侧面在近光轴处均为凹面，且第五透镜的物侧面和像侧面均具有反曲点。该光学镜头具有超高像素、小头部、大光圈、总长短的优点。

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

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，对搭载在便携式电子设备上的前置摄像镜头提出了更高要求，在注重像素提升的同时也对镜头的头部尺寸、体积、明暗环境中的成像稳定性等方面有着一定的要求。然而，现有的光学镜头由于头部尺寸较大，导致屏幕占比率难以提升，且前置摄像镜头往往分辨率较低，难以拍摄出超高清的画面，无法给消费者带来更佳的视觉体验。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头及成像设备，至少具有超高像素、小头部、大光圈、总长短的优点，以满足消费者的摄像需求。

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：光阑；具有正光焦度的第一透镜，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；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在近光轴处均为凹面；具有光焦度的第三透镜；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和像侧面在近光轴处均为凹面，且所述第五透镜的物侧面和像侧面均具有反曲点。所述光学镜头满足以下条件式：IH>3.55mm；f/EPD<1.9；其中，IH表示所述光学镜头最大半视场角对应的像高，f表示所述光学镜头的有效焦距，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径。

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。

相较现有技术，本发明提供的光学镜头及成像设备，采用五片具有特定形状的塑胶非球面镜片，通过各透镜面型及光焦度的合理搭配，使镜头具有较大的光圈以及较大的成像面，拥有50M的超高像素水平，高于目前市场上最高像素为48M的前置摄像镜头，能够实现在明暗环境中的超高清成像；同时使第三透镜的有效直径小于第一透镜的有效直径，有利于光机设计，还使光学镜头具有较小的头部外径，能够更好地满足全面屏的使用需求。

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的光学镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的光学镜头的场曲曲线图；

图3为本发明第一实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图4为本发明第一实施例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的光学镜头的横向色差曲线图；

图6为本发明第二实施例的光学镜头的场曲曲线图；

图7为本发明第二实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图8为本发明第二实施例的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图9为本发明第二实施例的光学镜头的横向色差曲线图；

图10为本发明第三实施例的光学镜头的场曲曲线图；

图11为本发明第三实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图12为本发明第三实施例的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图13为本发明第三实施例的光学镜头的横向色差曲线图；

图14为本发明第四实施例的光学镜头的场曲曲线图；

图15为本发明第四实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图16为本发明第四实施例的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图17为本发明第四实施例的光学镜头的横向色差曲线图；

图18为本发明第五实施例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，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，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；

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在近光轴处均为凹面；

具有光焦度的第三透镜；

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和像侧面在近光轴处均为凹面，且所述第五透镜的物侧面和像侧面均具有反曲点；

所述光学镜头满足以下条件式：

IH>3.55mm；（1）

f/EPD<1.9；（2）

其中，IH表示所述光学镜头最大半视场角对应的像高，f表示所述光学镜头的有效焦距，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径。满足条件式（1）和（2），表明所述光学镜头具有较大的光圈以及较大的成像面，能够实现在明暗环境中的高清成像。

目前，市面上常见的光学镜头头部外径尺寸约在∅2.5mm至∅2.8mm之间，且一般镜头的像素不高于48M，而本发明提供的光学镜头通过各透镜面型及光焦度的合理搭配，不仅可以将头部外径尺寸做到∅2.3mm，且拥有着50M的超高像素，同时由于所述光学镜头具有较大的成像面以及较大的视场角，能够使所拍摄的画面有着较强的纵深感和空间感，能更好的满足消费者的拍摄需求，提高光学镜头的市场竞争力。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.9<DM3/DM1<0.99；（3）

0.35mm<SAG11-SAG12< 0.5mm；（4）

其中，DM1表示第一透镜的有效直径，DM3表示第三透镜的有效直径，SAG11表示第一透镜的物侧面的边缘矢高，SAG12表示第一透镜的像侧面的边缘矢高。满足条件式（3），通过使第三透镜的有效直径小于第一透镜的有效直径，有利于光机设计，使得有更大的空间去减小镜头的头部口径尺寸，从而减小便携式电子设备屏幕上的开孔孔径，实现提高屏幕占比的目标。如果DM3/DM1的值超过上限，则光学镜头的头部尺寸将过大，无法满足提升便携式电子设备屏幕占比的要求；如果DM3/DM1的值超过下限，则光学镜头的像散、球差以及CRA（主光线入射角）等规格会变得较差，使得成像质量无法满足要求。同时满足条件式（4），通过合理控制第一透镜的边缘形状，有利于减小光学镜头的视场深度，进而减小屏幕的开孔孔径，提升屏占比。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

5.0mm/rad<IH/θ<5.5mm/rad；（5）

0.7<IH/TTL<0.78；（6）

其中，θ表示所述光学镜头的最大半视场角，IH表示所述光学镜头最大半视场角对应的像高，TTL表示所述光学镜头的光学总长。满足条件式（5）和（6），能够使所述光学镜头拥有50M的超高像素，同时还使镜头在有限的空间内得到更紧凑的结构，较好地实现了镜头高像素和小型化的均衡。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1.4<f1/DM11<1.55；（7）

其中，f1表示第一透镜的有效焦距，DM11表示第一透镜的物侧面的有效直径。满足条件式（7），有利于提升光学镜头的通光量，使光学镜头在微光甚至昏暗环境也能拍摄出清晰的画面，且正常光照拍摄下能达到主体突出背景虚化的效果。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1.7<CT1/ET1<3.0；（8）

0.7<f1/f<0.9；（9）

其中，CT1表示第一透镜的中心厚度，ET1表示第一透镜的边缘厚度，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（8）和（9），可以有效控制第一透镜的面型形状，使第一透镜承担较大的正光焦度，有利于减小光学镜头的总长，满足便携式电子设备超薄化趋势。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-4.0< f23/f < -1.5；（10）

其中，f23表示第二透镜到第三透镜的组合焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。第二透镜和第三透镜在整个光学系统中承担主要的负光焦度，满足条件式（10），有利于减缓光线的聚焦效率，避免光线过大角度成像，不利于光学系统色差和球差的矫正。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-2.5< R21/R22 <-0.05；（11）

-3<f2/f<-1.5；（12）

其中，R21表示第二透镜的物侧面的曲率半径，R22表示第二透镜的像侧面的曲率半径，f2表示第二透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足条件式（11）和（12），可以合理控制第二透镜的形状，使其承担特定的负光焦度，有利于光学镜头解像力的提高。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

4< (R41+R42)/(SAG41+SAG42) <12；（13）

其中，R41表示第四透镜的物侧面的曲率半径，R42表示第四透镜的像侧面的曲率半径，SAG41表示第四透镜的物侧面的边缘矢高，SAG42表示第四透镜的像侧面的边缘矢高。满足条件式（13），可以有效地控制第四透镜的形状，加快光线聚焦的效率，使光线到像面成像的距离缩短，有利于光学镜头结构更加紧凑。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-0.7<(SAG51-SAG52)/CT5 < 0.1；（14）

-0.6<f5/f<-0.3；（15）

其中，SAG51表示第五透镜的物侧面的边缘矢高，SAG52表示第五透镜的像侧面的边缘矢高，CT5表示第五透镜的中心厚度，f5表示第五透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足条件式（14）和（15），通过调整第五透镜的形状和光焦度占比，以此来调整外围光线的像差，有利于提升光学镜头成像的品质。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-0.5<CT5/f5 <-0.1；（16）

其中，CT5表示第五透镜的中心厚度，f5则表示第五透镜的有效焦距。满足条件式（16），有利于减小光线在像面的投射高度，使不同波长之间的像差差异可以有效减小，进而降低色差的矫正难度。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.20< BFL/TTL <0.25；（17）

其中，BFL表示所述光学镜头的光学后焦，TTL表示所述光学镜头的光学总长。满足条件式（17），有效提高镜头的后焦距离，降低镜头本体与成像芯片在结构上的干涉，提高产品组装良率。

在一些实施方式中，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，可以有效减少镜片的数量，修正像差，提供更好的光学性能。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中，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。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。

作为一种实施方式，光学镜头中非球面透镜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：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以及滤光片G1。

其中，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为凹面；

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

第三透镜L3具有负光焦度，第三透镜的物侧面S5在近光轴处为凹面，第三透镜的像侧面S6在近光轴处为凸面；

第四透镜L4具有正光焦度，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在近光轴处为凹面，第五透镜的像侧面S10在近光轴处为凹面，且第五透镜的物侧面S9和像侧面S10均具有反曲点；

其中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5均为塑胶非球面镜片，在其它实施方式中，所述光学镜头的各透镜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，由图2至图5可以看出，光学镜头100的场曲在±0.2毫米以内，畸变在2%以内，轴上点球差色差在±0.025毫米以内，横向色差在±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

本发明第二实施例提供的光学镜头与第一实施例提供的光学镜头100的结构大致相同，不同之处主要在于，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在近光轴处为凹面，以及各透镜的曲率半径、空气间隔、材料选择不同。请参照表3，所示为本发明第二实施例提供的光学镜头中各个镜片的相关参数。

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、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图6、图7、图8和图9所示，由图6至图9可以看出，本实施例的光学镜头的场曲在±0.1毫米以内，畸变在±2%以内，轴上点球差色差在±0.03毫米以内，横向色差在±2微米以内，说明本实施例的光学镜头的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

第三实施例

本发明第三实施例提供的光学镜头与第一实施例提供的光学镜头100的结构大致相同，不同之处主要在于，第三透镜的物侧面S5在近光轴处为接近平面的凸面，第三透镜的像侧面S6在近光轴处为凹面，以及各透镜的曲率半径、空气间隔、材料选择不同。请参照表5，所示为本发明第三实施例提供的光学镜头中各个镜片的相关参数。

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、轴上点球差色和横向色差的曲线图分别如图10、图11、图12和图13所示，由图10至图13可以看出，本实施例的光学镜头的场曲在±0.1毫米以内，畸变在±2%以内，轴上点球差色差在±0.03毫米以内，横向色差在±1微米以内，说明本实施例的光学镜头的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

第四实施例

本发明第四实施例提供的光学镜头与第一实施例提供的光学镜头100的结构大致相同，不同之处主要在于，第三透镜为正光焦度，且第三透镜的物侧面S5在近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面S6在近光轴处为凸面，以及各透镜的曲率半径、空气间隔、材料选择不同。请参照表7，所示为本发明第四实施例提供的光学镜头中各个镜片的相关参数。

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、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图14、图15、图16和图17所示，由图14至图17可以看出，本实施例的光学镜头的场曲在±0.1毫米以内，畸变在±2%以内，轴上点球差色差在±0.04毫米以内，横向色差在±2微米以内，说明本实施例的光学镜头的场曲、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，本实施例提供的光学镜头至少具有以下优点：

（1）本发明提供的光学镜头采用了五片具有特定形状的镜片，并且采用特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使该光学镜头具有小头部，大光圈，高像素和总长短等优点。

（2）目前，市面上主流的前置镜头的头部外径尺寸大概在∅2.5mm至∅2.8mm，而本发明提供的光学镜头由于光阑位置和镜片形状设置合理，使得第三透镜的有效直径小于第一透镜的有效直径，可以将头部外径尺寸做到∅2.3mm，对于屏幕占比率的提升有着很大的帮助。

（3）本发明提供的光学镜头具有更大范围的通光量，且具有较大的光圈值，有利于微光或昏暗环境的拍摄；景深范围设置也更大，使得成像画面有着更强的纵深感和空间感。

（4）本发明提供的光学镜头拥有50M的超高像素，比市场上最高像素为48M的前置光学镜头更具竞争优势。

第五实施例

请参阅图18，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可以是手机、平板、相机以及其它任意一种形态的装载了上述光学镜头的电子设备。

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具有超高像素、小头部、大光圈、总长短的优点，具有该光学镜头100的成像设备500也具有超高像素、小头部、大光圈、总长短的优点。

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，沿光轴从物侧到成像面依次包括：

光阑；

具有光焦度的第三透镜；

其中，所述光学镜头满足以下条件式：

IH>3.55mm；

f/EPD<1.9；

其中，IH表示所述光学镜头最大半视场角对应的像高，f表示所述光学镜头的有效焦距，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

0.9<DM3/DM1<0.99；

0.35mm<SAG11-SAG12< 0.5mm；

其中，DM1表示所述第一透镜的有效直径，DM3表示所述第三透镜的有效直径，SAG11表示所述第一透镜的物侧面的边缘矢高，SAG12表示所述第一透镜的像侧面的边缘矢高。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

5.0mm/rad<IH/θ<5.5mm/rad；

0.7<IH/TTL<0.78；

其中，θ表示所述光学镜头的最大半视场角，IH表示所述光学镜头最大半视场角对应的像高，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

1.4<f1/DM11<1.55；

其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，DM11表示所述第一透镜的物侧面的有效直径。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

1.7<CT1/ET1<3.0；

0.7<f1/f<0.9；

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，ET1表示所述第一透镜的边缘厚度，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。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

-4.0<f23/f<-1.5；

其中，f23表示所述第二透镜到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。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

-2.5< R21/R22 <-0.05；

-3<f2/f<-1.5；

其中，R21表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

4< (R41+R42)/(SAG41+SAG42) <12；

其中，R41表示所述第四透镜的物侧面的曲率半径，R42表示所述第四透镜的像侧面的曲率半径，SAG41表示所述第四透镜的物侧面的边缘矢高，SAG42表示所述第四透镜的像侧面的边缘矢高。

9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

-0.7<(SAG51-SAG52)/CT5 < 0.1；

-0.6<f5/f<-0.3；

其中，SAG51表示所述第五透镜的物侧面的边缘矢高，SAG52表示所述第五透镜的像侧面的边缘矢高，CT5表示所述第五透镜的中心厚度，f5表示所述第五透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

10.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

-0.5<CT5/f5<-0.1；

其中，CT5表示所述第五透镜的中心厚度，f5则表示所述第五透镜的有效焦距。

11.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

0.20< BFL/TTL <0.25；

其中，BFL表示所述光学镜头的光学后焦，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

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。