CN113820835A

CN113820835A - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN113820835A
Application number: CN202111398102.XA
Authority: CN
Inventors: 章彬炜; 肖国亮; 曾昊杰
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Hefei Lianchuang Optical Co ltd
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2041-11-24
Also published as: CN113820835B

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，其物侧面和像侧面均为凸面；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面，且第四透镜的物侧面和像侧面均具有反曲点；其中，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，该光学镜头的入瞳直径EPD<0.9mm，该光学镜头的光学总长TTL<3.8mm。该光学镜头具有头部外径小、体积小、像素高的优点。

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

目前，随着便携式电子设备的普及，加上社交、视频、直播类软件的流行，人们对于摄影的喜爱程度越来越高，摄像镜头已经成为了电子设备的标配，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，手机等便携式电子设备也在朝着超薄化、全面屏、超高清成像等方向发展，这就对搭载在便携式电子设备上的摄像镜头提出了更高的要求，既要有足够的光学性能和成像能力，也要具有一定的美观，在提升光学性能的同时跟随上电子设备变化的步伐。近些年，水滴屏、刘海屏、挖孔屏等异形屏的不断发展，都是源于消费者对手机全面屏的热衷追求；由于前置摄像头的存在以及头部尺寸过大，导致全面屏的实现还存在诸多障碍。现在市面上常见的应用于手机上的光学镜头的头部尺寸外径最小达到∅3mm，由于其头部外径及整体体积较大，导致屏幕占比率难以提升，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，至少具有头部外径小、体积小、像素高等优点，以适应便携式电子设备的高屏占比需求。

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和像侧面均为凸面；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第二透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第三透镜，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；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面，且所述第四透镜的物侧面和像侧面均具有反曲点；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；所述光学镜头的入瞳直径EPD<0.9mm，所述光学镜头的光学总长TTL<3.8mm。

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，采用四片具有特定形状的非球面镜片，并且使用特定的光焦度组合及面型搭配，使得第一透镜的口径较小，进而减小屏幕上的开窗尺寸，从而更好的满足手机全面屏的需求。

现在市面上常见的应用于手机上的光学镜头的头部外径尺寸一般在∅3mm左右，而本发明提供的光学镜头由于各透镜面型及光焦度设置合理，同时具有较小的入瞳直径以及较小的总长，使镜头的头部外径可以做到∅1mm，能够更好的满足手机的高屏占比需求。

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、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，第一透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凸面；

第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凸面；

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面，且第四透镜的物侧面和像侧面均具有反曲点；

其中，所述光学镜头的入瞳直径EPD<0.9mm；所述光学镜头的光学总长TTL<3.8mm；本发明的光学镜头采用四片具有特定光焦度的非球面镜片，通过各透镜特定面型的搭配，使得第一透镜的口径较小，并且具有较小的总长，进而减小屏幕上的开窗尺寸，从而更好的满足手机全面屏的需求。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

3.0<DM4/DM1<4.3；（1）

其中，DM1表示第一透镜的有效直径，DM4表示第四透镜的有效直径。满足条件式（1），通过设置DM4/DM1的值，可使第四透镜的有效直径远大于第一透镜的有效直径，从而减小光学系统的视角深度，有利于实现镜头的头部外径尺寸做小，进而减小屏幕上的开窗尺寸，提高屏占比，能够更好的满足手机全面屏的需求。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

2.5mm/rad<f/θ<3.2mm/rad；（2）

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，θ表示所述光学镜头的最大半视场。满足条件式（2），使镜头具有较大的视场角，能够较好地实现镜头广视角与高像素的均衡。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.3<SAG11/SAG12<3.5；（3）

其中，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），通过合理设置第一透镜的面型，可使第一透镜具有较小的口径，有效地减小光学系统的视角深度，从而减小镜头所对应的手机屏幕的开窗尺寸，有效地解决现有技术当中镜头所对应的手机屏幕上开窗尺寸无法做小的技术问题。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.9<CT2/CT3<2.0；（4）

CT23-ET23<0.15mm；（5）

其中，CT2表示第二透镜的中心厚度，CT3表示第三透镜的中心厚度，CT23表示第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间隔，ET23表示第二透镜与第三透镜在最大有效口径处的空气间隔。满足条件式（4）和（5），通过合理设置第二、三透镜的厚度及空气间隔，有效减缓了光线的转折程度，进而缩短镜头总长，实现镜头的小型化。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.9<SAG32/SAG31<1.4；（6）

其中，SAG31表示第三透镜的物侧面的边缘矢高，SAG32表示第三透镜的像侧面的边缘矢高。满足条件式（6），通过合理控制第三透镜的形状，使其承担合适的负光焦度，有利于更好地矫正系统的像差，提高整体成像质量。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0<R32/R12<0.5；（7）

其中，R12表示第一透镜的像侧面的曲率半径，R32表示第三透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（7），有利于加快光线在像面聚焦成像的效率，维持系统小型化。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.8<(R31-CT3)/R32<1；（8）

0.65<CT3/ET3<1.0；（9）

其中，R31表示第三透镜的物侧面的曲率半径，R32表示第三透镜的像侧面的曲率半径，CT3表示第三透镜的中心厚度，ET3表示第三透镜的边缘厚度。满足条件式（8）和（9），可以使第三透镜为近似同心圆的结构，其本身不会造成较大像差，可有效矫正系统的球差、场曲、畸变等像差，使边缘的成像会更加清晰；同时通过适当约束其边缘厚度和中心厚度的比值，使其易于加工。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.6<R41/R42<1.3；（10）

0.7<CT4/ET4<1.5；（11）

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，CT4表示第四透镜的中心厚度，ET4表示第四透镜的边缘厚度。满足条件式（10）和（11），可以通过调整第四透镜的形状，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：

0.7<f1/f<1.2；（12）

0.7<f2/f<2.5；（13）

-1<f3/f<-0.7；（14）

1<f4/f<10；（15）

其中，f1表示第一透镜的有效焦距，f2表示第二透镜的有效焦距，f3表示第三透镜的有效焦距，f4表示第四透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足条件式（12）至（15），通过合理配置各个透镜的光焦度，有助于加强轴外视场的慧差矫正，同时很好的收敛场曲、像差，使镜头拥有更高的解像能力。

作为一种实施方式，采用四片塑胶镜片的搭配结构，在实现镜头的小型化、小头部、低敏感性的同时，还能够保证镜头具有良好的成像效果。其中第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜都是塑胶非球面镜片，采用非球面镜片，可以有效降低成本，修正像差，提供更高性价比的光学性能产品。

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，各个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，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具有正光焦度，第二透镜的物侧面S3为凹面，第二透镜的像侧面S4为凸面；

第三透镜L3具有负光焦度，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具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7在近光轴处为凸面，第四透镜的像侧面S8在近光轴处为凹面，且第四透镜的物侧面S7和像侧面S8均具有反曲点；

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。

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，场曲控制在±0.05mm以内，光学畸变控制在2%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.03mm以内，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，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

本实施例提供的光学镜头200的结构示意图请参阅图6，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，不同之处主要在于设计参数不同。

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，场曲控制在±0.05mm以内，光学畸变控制在±1%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.03mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差都控制在±1.5微米内，说明光学镜头200的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

第三实施例

本实施例提供的光学镜头300的结构示意图请参阅图11，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，不同之处主要在于设计参数不同。

本实施例提供的光学镜头300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，场曲控制在±0.05mm以内，光学畸变控制在2%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.02mm以内，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，说明光学镜头300的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

第四实施例

本实施例提供的的光学镜头400的结构示意图请参阅图16，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，不同之处主要在于设计参数不同。

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，场曲控制在±0.05mm以内，光学畸变控制在2%以内，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.02mm以内，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，说明光学镜头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、光学总长TTL、实际半像高IH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）现在市面上常见的应用于手机上的光学镜头的头部外径尺寸一般在∅3mm左右，而本发明提供的光学镜头由于各透镜面型及光焦度设置合理，同时具有较小的入瞳直径，使镜头的头部外径可以做到∅1mm，能够更好地满足手机的高屏占比需求。

（2）采用四片具有特定光焦度的塑胶非球面镜片，并且采用特定的表面形状搭配，在满足广视角的同时结构更紧凑，具有较小的体积以及较好的成像质量。

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。

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具有头部外径小、体积小、像素高的优点，具有光学镜头100的成像设备500也具有头部外径小、体积小、像素高的优点。

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；

具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第二透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第三透镜，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；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面，且所述第四透镜的物侧面和像侧面均具有反曲点；

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；

所述光学镜头的入瞳直径EPD<0.9mm，所述光学镜头的光学总长TTL<3.8mm。

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：

3.0<DM4/DM1<4.3；

其中，DM1表示所述第一透镜的有效直径，DM4表示所述第四透镜的有效直径。

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：

2.5mm/rad<f/θ<3.2mm/rad；

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，θ表示所述光学镜头的最大半视场。

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：

0.3<SAG11/SAG12<3.5；

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。

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：

0.9<CT2/CT3<2.0；

CT23-ET23<0.15mm；

其中，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，CT23表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间隔，ET23表示所述第二透镜与所述第三透镜在最大有效口径处的空气间隔。

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：

0.9<SAG32/SAG31<1.4；

其中，SAG31表示所述第三透镜的物侧面的边缘矢高，SAG32表示所述第三透镜的像侧面的边缘矢高。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

0<R32/R12<0.5；

其中，R12表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径，R32表示所述第三透镜的像侧面的曲率半径。

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：

0.8<(R31-CT3)/R32<1；

0.65<CT3/ET3<1.0；

其中，R31表示所述第三透镜的物侧面的曲率半径，R32表示所述第三透镜的像侧面的曲率半径，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，ET3表示所述第三透镜的边缘厚度。

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：

0.6<R41/R42<1.3；

0.7<CT4/ET4<1.5；

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，CT4表示所述第四透镜的中心厚度，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度。

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：

0.7<f1/f<1.2；

0.7<f2/f<2.5；

-1<f3/f<-0.7；

1<f4/f<10；

其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f4表示所述第四透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

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。