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、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及滤光片。
其中,第一透镜具有正光焦度,第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面;
第二透镜具有负光焦度,第二透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面;
第三透镜具有正光焦度,第三透镜的物侧面为凹面、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、像侧面在近光轴处为凹面。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
TTL/f<1.35;(1)
ImgH/f>0.85;(2)
其中,TTL表示光学镜头的光学总长,ImgH表示光学镜头的成像面上有效像素区域的对角线长的一半,f表示光学镜头的有效焦距。满足条件式(1)、(2),能够合理的控制光学镜头的尺寸,保证光学镜头小型化的同时,满足镜头的成像要求。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
8<EPD/AT34<19(3)
其中,EPD表示光学镜头的入瞳直径,AT34表示第三透镜与第四透镜之间的空气间隔。满足条件式(3),能够保证光学系统有足够大的通光量,满足一些黑暗场景下的成像要求,同时控制第三透镜与第四透镜的间隔,能够有效的矫正像差,提升解像质量。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
2<f/EPD<2.1;(4)
其中,f表示光学镜头的有效焦距,EPD表示光学镜头的入瞳直径。满足条件式(4),能够合理分配光焦度,更好的优化各个视场像差,同时保证有较大的光圈,保证边缘视场在较暗环境下也能够有清晰的成像。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
0.6<f23/f<0.8;(5)
其中,f23表示第二透镜与第三透镜的组合焦距,f表示光学镜头的有效焦距。满足条件式(5),能够更好的矫正轴向色差。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
4.5<(ET3+ET4)/AT34<11;(6)
其中,ET3表示第三透镜的边缘厚度,ET4表示第四透镜的边缘厚度,AT34表示第三透镜与第四透镜之间的空气间隙。满足条件式(6),能够在矫正轴向像差的同时,也能控制第三透镜与第四透镜的面型合理,减小生产成型的难度。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
0.5mm-1<tanθ4/SD4<0.8mm-1;(7)
其中,θ4表示第四透镜像侧面的最大面倾角,SD4表示第四透镜的有效半直径。满足条件式(7),能够矫正边缘视场的像差,同时减小镜头成像出现鬼影的可能性。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
0.4<R11/f<0.6;(8)
其中,R11代表第一透镜物侧面的曲率半径,f代表光学镜头的有效焦距。满足条件式(8),能够有效的控制第一透镜的形状,矫正光学镜头成像的场曲。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
3<R41/R42<4;(9)
1<ET4/CT4<2;(10)
0.08<CT4/TTL<0.1;(11)
其中,R41表示第四透镜物侧面的曲率半径,R42表示第四透镜像侧面的曲率半径,ET4表示第四透镜的边缘厚度,CT4表示第四透镜的中心厚度,TTL表示光学镜头的光学总长。满足条件式(9)、(10)、(11),能够保证光学镜头具有满足成像要求的视场角的同时,还能尽可能的缩小第四透镜的口径,保证第四透镜的中心厚度在一定范围内,满足生产成型的工艺要求。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
0.6<(1/f3-1/f1)/(1/f)<0.9;(12)
其中,f代表光学镜头的有效焦距,f3代表第三透镜的有效焦距,f1代表第一透镜的有效焦距。满足条件式(12),能够有效平衡第三透镜与第一透镜的形状,减小工艺成型的难度,同时提高镜头的解像力。
在一些实施方式中,所述的光学镜头满足以下条件式:
0.5<SAG31/SAG41<1.5;(13)
其中,SAG31代表第三透镜物侧面的矢高,SAG41代表第四透镜物侧面的矢高。满足条件式(13),能够很好的矫正光学镜头的场曲,提升镜头的成像质量,同时控制第三透镜、第四透镜的矢高在一定数值范围内,能够更好的保证透镜满足成型工艺。
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是非球面镜片。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。
在本发明各个实施例中,当光学镜头中的透镜为非球面透镜时,透镜的非球面面型均满足如下方程式:
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,A2i为第2i阶的非球面面型系数。
第一实施例
请参照图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、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及滤光片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为凹面,第二透镜的像侧面S4为凸面;
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为凹面,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,第四透镜近光轴处的物侧面S7为凸面,第四透镜近光轴处的像侧面S8为凹面。
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。其中R代表曲率半径(mm),d代表光学表面间距(mm),nd代表材料的折射率,Vd代表材料的阿贝数。
表1
本实施例中的光学镜头100的各非球面透镜的面型系数如表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。
图2中曲线表示子午方向和弧失方向在像面不同像高的场曲。横坐标为偏移量,纵坐标为视场角,从图可知,子午方向和弧失方向在像面的场曲偏移量都控制在±0.1mm内,说明光学镜头的场曲矫正良好。
图3中曲线表示像面上不同像高对应的F-tanθ畸变。横坐标表示畸变大小,纵坐标表示视场角,从图可知,在镜头要求的成像视场内,畸变控制在±2%以内,说明畸变被很好的矫正。
图4曲线表示轴上点球差色差,横坐标表示偏移量,纵坐标表示光瞳归一化半径,从图可知,主波长的色差偏移量控制在±0.01mm以内,最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.03mm以内,说明轴上点球差色矫正良好。
图5曲线表示各波长相对主波长在像面上不同像高的色差,横坐标表示色差值,纵坐标表示归一化的视场角。从图可知,在不同视场内,各波长相对于中心波长的色差都控制在±1微米内,可见该光学镜头的横向色差也被很好的矫正。
第二实施例
图6为实施例二提供的光学镜头200的结构示意图,其结构与第一实施例大抵相同,其不同之处在于,本实施例中,第二透镜L2的材料不同以及各透镜曲率半径、厚度不同。
本实施例提供的光学镜头200各镜片相关参数如表3所示。
表3
本实施例中的光学镜头200的各非球面透镜的面型系数如表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。
图7表示子午方向和弧失方向在像面不同像高的场曲,从图可知,子午和弧矢方向的场曲都控制在±0.05mm内,说明镜头场曲矫正良好。
图8表示在像面上不同像高的F-tanθ畸变,从图可知,在像面上不同像高畸变都控制在±2%以内,说明镜头畸变矫正良好。
图9表示轴上点球差色差,从图可知,主波长的像差被控制在±0.012mm内,所有波长的色差被控制在±0.03mm内,说明镜头的轴向点球差色差也被矫正的良好。
图10表示不同视场的各个波长相对于主波长的色差,从图可知,在成像视场范围内,相对于主波长色差都控制在±1微米内,说明该光学镜头很好矫正边缘视场像差以及各个视场的色差。
第三实施例
图11为实施例三提供的光学镜头300的结构示意图,其结构与第一实施例大抵相同,其不同之处在于,本实施例中,第三透镜L3的材料不同以及各透镜曲率半径、厚度不同。
本实施例提供的光学镜头300各镜片相关参数如表5所示。
表5
本实施例中的光学镜头300的各非球面透镜的面型系数如表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。
图12表示子午方向和弧失方向在像面不同像高的场曲,从图可知,子午和弧矢方向的场曲都控制在±0.1mm内,说明镜头场曲矫正良好。
图13表示在像面上不同像高的F-tanθ畸变,从图可知,在像面上不同像高畸变都控制在±1.6%以内,说明镜头畸变矫正良好。
图14表示轴上点球差色差,从图可知,主波长的像差被控制在±0.01mm内,所有波长的色差被控制在±0.03mm内,说明镜头的轴向点球差色差也被矫正的良好。
图15表示不同视场的各个波长相对于主波长的色差,从图可知,在成像视场范围内,相对于主波长都控制在±1.5微米内,说明该光学镜头很好矫正边缘视场像差以及各个视场的色差。
第四实施例
图16为实施例四提供的光学镜头400的结构示意图,其结构与实施例一大抵相同,其不同之处在于,本实施例中,第四透镜L4的材料不同以及各透镜曲率半径、厚度不同。
本实施例提供的光学镜头400各镜片相关参数如表7所示。
表7
本实施例中的光学镜头400的各非球面透镜的面型系数如表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。
图17表示子午方向和弧失方向在像面不同像高的场曲,从图可知,子午和弧矢方向的场曲都控制在±0.05mm内,说明镜头场曲矫正良好。
图18表示在像面上不同像高的F-tanθ畸变,从图可知,在像面上不同像高畸变都控制在1.5%以内,说明镜头畸变矫正良好。
图19表示轴上点球差色差,从图可知,主波长的像差被控制在±0.012mm内,所有波长的色差被控制在±0.03mm内,说明镜头的轴向点球差色差也被矫正的良好。
图20表示不同视场的各个波长相对于主波长的色差,从图可知,在成像视场范围内,相对于主波长都控制在±1微米内,说明该光学镜头很好矫正边缘视场像差以及各个视场的色差。
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至少具有以下优点:
(1)本发明提供的镜头由于各透镜之间间隔以及透镜厚度的合理配置,在光学镜头满足成像要求的同时,镜头具有的光学总长能够小于2.3mm,能够满足追求轻薄化产品的使用需求,减小镜头在产品内部的占用空间。
(2)本发明提供的光学镜头都可采用全塑胶非球面镜片,在生产过程中易于成型且生产成本低。
(3)本发明提供的光学镜头采用四片具有特定曲折力的镜片,通过镜片正负光焦度合理搭配,使得镜头能够在较小光学总长下,仍具有较大成像角度,能够有较大范围的成像。
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。
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。